Successfully reported this slideshow.                                                                          Upcoming SlideShare
×

# Hướng dẫn-Thuyết minh Đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp

154,428 views

Published on

Đồ án nhà thép công nghiệp

Published in: Engineering
• Full Name
Comment goes here.

Are you sure you want to Yes No Are you sure you want to  Yes  No
• Dating direct: ❤❤❤ http://bit.ly/369VOVb ❤❤❤

Are you sure you want to  Yes  No
• bác chủ cho em xin file đồ án này với ạ, em cảm ơn rất nhiều. hoanglamatk98@gmail.com

Are you sure you want to  Yes  No
• ghjdthyrsthyrt

Are you sure you want to  Yes  No
• I have experienced a lot more semen and comfort ejaculating. ➤➤ https://tinyurl.com/semenax101

Are you sure you want to  Yes  No

### Hướng dẫn-Thuyết minh Đồ án kết cấu thép nhà công nghiệp

1. 1. Đồ án kết cấu thép 2 - 1 I. SỐ LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1. Số liệu thiết kế Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp có cầu trục. Các số liệu thiết kế: • Nhịp khung: L = 24 m. • Bước khung: B = 7.5 m; toàn bộ nhà dài 15B = 112.5 m. • Sức trục: Q = 8 tấn; Số cầu trục làm việc trong xưởng là 2 chiếc, chế độ làm việc trung bình. • Cao trình đỉnh ray: H1 = 9 m. • Vùng gió: IIIB • Dạng địa hình xây dựng công trình: B • Chiều cao dầm cầu trục: hdct = 0.75 m; Chiều cao ray: hr = 0,15 m. • Nhịp cửa trời: Lct = 4 m • Chiều cao cửa trời: Hct = 2 m • Mái lợp tôn múi dày 0,51mm • Vật liệu: Thép CCT34, hàn tự động, que hàn N42 (d = 3÷5mm) hoặc tương đương. • Bê tông móng cấp độ bền B15. • Kết cấu bao che: Tường xây gạch cao 1,5 m ở phía dưới, thưng tôn ở phía trên. 2. Nhiệm vụ thiết kế 2.1 Thuyết minh tính toán • Thành lập sơ đồ kết cấu: Xác định kích thước khung ngang, lập mặt bằng lưới cột, bố trí hệ giằng mái, hệ giằng cột. • Xác định tải trọng tác dụng lên khung ngang: tải trọng mái, tải trọng cầu trục, tải trọng gió. • Thiết kế xà gồ (2 phương án: tiết diện cán nóng và tiết diện dập nguội). • Tính nội lực khung ngang. Vẽ biểu đồ nội lực M, N, V cho từng trường hợp tải trọng. Lập bảng thống kê nội lực, bảng tổ hợp nội lực cho các tiết diện đặc trưng của cột và xà mái. • Thiết kế khung ngang gồm cột và xà. Tính các chi tiết: Chân cột, vai cột, liên kết xà với cột, mối nối xà. • Thiết kế dầm cầu trục, cột sườn tường. 2.2. Bản vẽ thể hiện 01 bản vẽ khổ A1 gồm: • Sơ đồ khung ngang. • Hệ giằng mái, giằng cột.
2. 2. Đồ án kết cấu thép 2 - 2 • Cột khung, các mặt cắt và chi tiết của thân cột. • Xà, các mặt cắt và chi tiết của xà. • Bảng thống kê vật liệu, ghi chú và chỉ dẫn cần thiết. II. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 1. Sơ đồ kết cấu khung ngang Khung ngang gồm cột đặc, xà ngang tiết diện chữ I. Cột có tiết diện không đổi liên kết ngàm với móng, liên kết cứng với xà. Theo yêu cầu kiến trúc và thoát nước, chọn xà ngang có độ dốc với góc dốc α = 100 (tương đương i = 17 %). Do tính chất làm việc của khung ngang chịu tải trọng bản thân và tải trọng gió là chủ yếu, nên thông thường nội lực trong xà ngang ở vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều nội lực tại vị trí giữa nhịp. Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột một đoạn (0,35 ÷ 0,4) chiều dài nửa xà. Tiết diện còn lại lấy không đổi. Cửa trời chạy dọc chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ bộ chọn chiều cao cửa trời là 2m và chiều rộng cửa trời là 4m. Hình 1.1. Sơ đồ khung ngang 1.1. Kích thước theo phương đứng • Chiều cao cột dưới: d 1 dct r chH H (h h ) h= − + + Trong đó: H1 = 9 m là cao trình đỉnh ray hdct = 0.75 m là chiều cao dầm cầu trục
3. 3. Đồ án kết cấu thép 2 - 3 hr = 0.15 m là chiều cao ray hch = 1 m là chiều sâu chôn chân cột →Hd = 9 – (0.75 + 0.15) + 1 = 9.1 (m) • Chiều cao cột trên: tr dct r 1H (h h ) K 0.5= + + + ; Trong đó: + K1 = 0.9 m là khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của xe con. Giá trị này được tra trong catalo cầu trục (phụ thuộc vào sức trục Q = 8T và nhịp cầu trục S= 22m); + 0.5m là khoảng cách an toàn từ điểm cao nhất của xe con đến xà ngang. →Htr= (0.75 + 0.15) + 0.9 + 0.5 = 2.3 (m) • Chiều cao toàn cột: H = Hd + Htr = 9.1+ 2.3 = 11.4 (m) 1.2. Chọn sơ bộ kích thước theo phương ngang Nhịp nhà (lấy theo trục định vị tại mép ngoài cột) là: L = 24m. Lấy gần đúng nhịp cầu trục là: S = 22 m ( theo catalog bảng 4.2 với cầu trục 2 dầm kiểu ZLK tương ứng với sức tải cẩu 8 tấn), khoảng cách an toàn từ trục ray đến mép trong cột: Zmin = 160 mm. a. Tiết diện cột - Chiều cao tiết diện: ( ) 1 1 1 1 h H 11.4 0.76 1.14 m 10 15 10 15 ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ = ÷ = ÷ × = ÷⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ →Chọn h = 75 cm - Bề rộng tiết diện cột: ( ) ( )b 0.3 0.5 h 0.3 0.5 75 22.5 37.5cm= = × = ÷∼ ∼ và 1 1 1 1 b H 1140 38 57cm 20 30 20 30 ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ = ÷ = ÷ × = ÷⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ →Chọn b = 30 cm - Chiều dày bản bụng tw nên chọn vào khoảng (1/70 ÷ 1/100)h. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm. w 1 1 1 1 t h 75 0.75 1.07cm 70 100 70 100 ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ = ÷ = ÷ × = ÷⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ →Chọn tw = 1.2 cm - Chiều dày bản cánh tf chọn trong khoảng (1/28÷1/35)b. f 1 1 1 1 t b 30 0.86 1.07cm 28 35 28 35 ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ = ÷ = ÷ × = ÷⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ →Chọn tf = 2 cm Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ ray cầu trục đến mép trong cột: 1 ( 2. ) 2 = − −Z L h S
4. 4. Đồ án kết cấu thép 2 - 4 Trong đó: L - là nhịp nhà ; h - là chiều cao tiết diện cột; S - là nhịp cầu trục ( ) min 1 Z 24 2 0.75 22 0.25m Z 0.16m 2 = − × − = > = →Thỏa mãn điều kiện an toàn. b. Tiết diện xà mái - Chiều cao tiết diện nách khung: 1 1 1 h L 24 0.6m 40 40 ≥ = × = →Chọn h1 = 75 cm. - Bề rộng tiết diện nách khung : b = (01/2 ÷ 1/5)h1 và b ≥ 180 mm, thường lấy bề rộng cánh dầm bằng bề rộng cột. 1 1 1 1 1 b h 75 15 37.5cm 2 5 2 5 ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ = ÷ = ÷ × = ÷⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ →Chọn b = 30 cm. - Chiều cao tiết diện đoạn dầm không đổi h2 = (1,5 ÷ 2)b h2 = (1.5÷ 2)x30 = 45 ÷ 60cm →Chọn h2 = 45 cm - Chiều dày bản bụng tw nên chọn vào khoảng (1/70 ÷ 1/100) h. Để đảm bảo điều kiện chống gỉ, không nên chọn tw quá mỏng: tw > 6mm. w 1 1 1 1 t h 75 0.75 1.07cm 70 100 70 100 ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ = ÷ = ÷ × = ÷⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ →Chọn tw = 1 cm - Chiều dày bản cánh tf ≥ 1 b 30 f 1 t 30 1cm 30 → ≥ × = →Chọn tf = 1.6 cm - Vị trí thay đổi tiết diện xà mái cách đầu cột một đoạn bằng (0.35 ÷ 0.4) chiều dài nửa xà. Ltđ = (0.35÷ 0.4 )*12= 4.2÷ 4.8 →Chọn Ltđ = 4.5 m. c. Tiết diện vai cột Kích thước tiết diện vai cột phụ thuộc vào tải trọng cầu trục (lực tập trung do áp lực đứng của cầu trục và trọng lượng bản thân dầm cầu trục, trọng lượng ray, dầm hãm và hoạt tải trên cầu trục) và nhịp dầm vai (khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép cột). Sơ bộ chọn tiết diện dầm vai như sau: Khoảng cách từ trục định vị tới trục ray cầu trục: λ = (L - S)/2 = (24 - 22)/2 = 1 + Chiều dài vai (từ mép trong cột đến cạnh ngoài cùng vai cột): Lv = λ – hc + 0.15= 1- 0.75 + 0.15 = 0.4 (m) Khoảng cách từ trục ray cầu trục đến cạnh ngoài cùng vai cột lấy bằng 150mm.
5. 5. Đồ án kết cấu thép 2 - 5 + Chọn chiều cao dầm tại điểm đặt Dmax: h = 30 cm + Chiều góc nghiêng bản cánh dưới với phương ngang là 200 thì chiều cao tiết diện dầm vai tại ngàm: hdv= 30 + 25xtg200 = 39.1 (cm) Chọn hdv = 42 (cm) (≥ Z= 25cm). + Bề rộng tiết diện vai cột: bf = 30 cm + Chiều dày bản bụng vai cột: tw = 0.8 cm + Chiều dày bản cánh vai cột: tf = 1.2 cm d. Tiết diện cửa trời + Chiều cao tiết diện cột cửa trời: hc_ct = 20 cm + Bề rộng tiết diện cột: bc_ct = 10 cm + Chiều dày bản bụng: tw = 0.8 cm + Chiều dày bản cánh: tf = 1 cm 1.3. Hệ giằng Hệ giằng là bộ phận kết cấu liên kết các khung ngang lại tạo thành hệ kết cấu không gian, có các tác dụng: - Bảo đảm sự bất biến hình theo phương dọc nhà và độ cứng không gian cho nhà; - Chịu các tải trọng tác dụng theo phương dọc nhà, vuông góc với mặt phẳng khung như gió thổi lên tường đầu hồi, lực hãm cầu trục, động đất...xuống móng. - Bảo đảm ổn định (hay giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng) cho các cấu kiện chịu nén của kết cấu: thanh dàn, cột,... - Tạo điều kiện thuận lợi, an toàn cho việc dựng lắp, thi công. Hệ giằng bao gồm hai nhóm: hệ giằng mái và hệ giằng cột. Hệ giằng cột: Hệ giằng cột đảm bảo sự bất biến hình và độ cứng của toàn nhà theo phương dọc, chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà và đảm bảo ổn định của cột. Dọc theo chiều dài nhà, hệ giằng cột bố trí giữa khối nhà và ở 2 đầu hồi nhà để truyền tải trọng gió một cách nhanh chóng. Hệ giằng cột được bố trí theo 2 lớp. Hệ giằng cột trên được bố trí từ mặt dầm hãm đến đỉnh cột, hệ giằng cột dưới được bố trí từ mặt nền đến mặt dầm vai. Theo tiết diện cột, hệ giằng cột được đặt vào giữa bản bụng cột. Do sức trục Q<10T, chọn tiết diện thanh giằng làm từ thanh thép tròn Φ25. Trên đỉnh cột bố trí thanh chống dọc nhà. Chiều cao cột H =11.4m > 9m, do đó bố trí thêm thanh chống dọc nhà tại vị trí cao độ +4.000m. Chọn tiết diện thanh chống dọc theo độ mảnh max 200λ ≤ , chọn 2C20 (hình 1.2).
6. 6. Đồ án kết cấu thép 2 - 6 Hình 1.2. Sơ đồ hệ giằng cột Hệ giằng mái: Hệ giằng mái được bố trí ở hai gian đầu nhà và ở chỗ có hệ giằng cột. Hệ giằng mái bao gồm các thanh giằng xiên và thanh chống, trong đó yêu cầu cấu tạo thanh chống có độ mảnh max 200λ ≤ . Thanh giằng xiên làm từ thép tròn tiết diện Φ25, thanh chống chọn 2C20. Theo chiều cao tiết diện xà, giằng mái bố trí lệch lên phía trên (để giữ ổn định cho xà khi chịu tải bình thường – cánh trên của xà chịu nén). Khi khung chịu tải gió, cánh dưới của xà chịu nén nên phải gia cường bằng các thanh giằng chống xiên (liên kết lên xà gồ), cách 3 bước xà gồ lại bố trí một thanh chống xiên. Tiết diện thanh chống chọn L50x5, điểm liên kết với xà gồ cách xà 800 mm. Ngoài ra bố trí thanh chống dọc nóc tiết diện 2C20 tạo điều kiện thuận lợi khi thi công lắp ghép. Hình 1.3. Sơ đồ hệ giằng mái
7. 7. Đồ án kết cấu thép 2 - 7 Hình 1.4. Chi tiết thanh chống xà gồ 2. Xác định tải trọng tác dụng lên khung 2.1. Tải trọng thường xuyên - Tải trọng thường xuyên phân bố trên xà mái: Tải trọng do mái tôn, hệ giằng, xà gồ, cửa mái: gtc = 15 daN/m2 mặt bằng mái (phân bố theo độ dốc mái). Hệ số độ tin cậy của tải trọng thường xuyên ng = 1.1 qtc = gtc xB = 15x7.5 = 112.5 daN/m qtt = ngxgtc xB = 1.1x15x7.5 = 123.75 daN/m - Tải trọng kết cấu bao che: gtc = 12 daN/m2 qtt = ngxgtc xB = 1.1x12x7.5 = 99 daN/m - Tải trọng bản thân của dầm cầu trục: Gdct = 2 dct dct.Lα = 30x7.52 = 1687.5 daN Trong đó: dctα = 30 hệ số trọng lượng bản thân. - Tải trọng bản thân của dầm, dàn hãm: Gdh = 500 daN (lấy theo kinh nghiệm)
8. 8. Đồ án kết cấu thép 2 - 8 Bảng 2.1. Tĩnh tải mái STT Loại tải Tải trọng tiêu chuẩn Hệ số vượt tải Tải trọng tính toán Bước khung Tổng tải trọng (daN/m2 ) (daN/m2 ) (m) (daN/m) 1 Tôn lợp mái 8 1.1 8.8 7.5 66 2 Xà gồ 7 1.1 7.7 7.5 57.75 3 Tổng tải trọng phân bố trên chiều dài dầm khung 123.75 2.2. Hoạt tải sửa chữa mái - Hệ số độ tin cậy của hoạt tải sửa chữa mái np = 1.3 - Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động, TCVN 2737-1995, với mái tôn không sử dụng ta có giá trị hoạt tải sửa chữa mái tiêu chuẩn là 30 daN/m2 mặt bằng nhà do đó hoạt tải sửa chữa mái phân bố trên xà mái được xác định như sau: ptc = 30xB và ptt = npx30xB - Khi qui về tải trọng phân bố theo xà thì giá trị tải trọng được nhân với cosα: p = 30xBxcosα = 30x7.5xcos(10) = 221.58 daN/m ptt = npx30xBx cosα = 1.3x30x7.5xcos(10)= 288.05 daN/m Bảng 2.2. Hoạt tải sửa chữa mái STT Loại tải Tải trọng t. chuẩn Hệ số vượt tải Tải trọng tính toán Bước khung Tổng tải trọng (daN/m2 ) (daN/m2 ) (m) (daN/m) 1 Sửa chữa mái 30 1.3 39 7.5 295.5 2 Tổng tải trọng phân bố trên chiều dài dầm khung 288.05 2.3. Tải trọng gió Áp lực gió tác dụng lên khung được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995. q = n . W0 . k . C . B (daN/m) Trong đó: q: là áp lực gió phân bố trên mét dài khung. W0: là áp lực gió tiêu chuẩn, gió ở vùng IIIB có W0 = 125 daN/m2 . n = 1.2: là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió. k: là hệ số phụ thuộc vào độ cao C: là hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu. B: là bước khung.
9. 9. Đồ án kết cấu thép 2 - 9 Hình 2.1. Mặt bằng khung chịu gió a) Gió ngang nhà; b) Gió dọc nhà a) Trường hợp gió thổi ngang nhà: - Xác định hệ số khí động Ce: Hình 2.2. Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi ngang nhà Kích thước chính của sơ đồ tính toán: + Nhịp: L0 = 24 m + Chiều cao: Hc = 11.436 m; hm1 = 1.757m; hm2 = 1.670 m; hm3 = 0.93 m Tra theo sơ đồ 8 trong tiêu chuẩn TCVN 2737 -1995 phụ thuộc vào góc α, tỉ lệ ΣB/L
10. 10. Đồ án kết cấu thép 2 - 10 (ΣB- chiều dài toàn nhà) và H/L được giá trị Ce: Ce1 = - 0.548 ; Ce2 = - 0.424 ; Ce3 = - 0.5 ; Ce4 = - 0.472 - Xác định hệ số k: Hệ số k phụ thuộc vào dạng địa hình và chiều cao công trình. Công trình ở khu vực thuộc dạng địa hình B. Tra bảng 5 trong TCVN 2737 -1995 chiều cao cột 10,692 m, cao trình đỉnh cột 9,692m lấy gần đúng hệ số k =1,081 đối với giá trị tải trọng gió phân bố trên thân cột. Bảng 2.3. Tải trọng gió theo phương ngang nhà STT Loại tải T.T tiêu chuẩn Hệ số k Hệ số C Hệ số vượt tải Bước khung Tổng tải trọng daN/m2 m daN/m 1 Cột đón gió 125.0 1.023 0.800 1.2 7.5 920.68 2 Mái đón gió 125.0 1.051 -0.472 1.2 7.5 -557.89 3 Cột cửa trời đón gió 125.0 1.078 0.700 1.2 7.5 848.77 4 Mái cửa trời đón gió 125.0 1.088 -0.548 1.2 7.5 -670.36 5 Mái cửa trời hút gió 125.0 1.088 -0.424 1.2 7.5 -518.77 6 Cột cửa trời hút gió 125.0 1.078 -0.600 1.2 7.5 -727.52 7 Mái hút gió 125.0 1.051 -0.500 1.2 7.5 -591.24 8 Cột hút gió 125.0 1.023 -0.500 1.2 7.5 -575.42 * Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung. b) Trường hợp gió thổi dọc nhà: - Xác định hệ số khí động Ce: Khi này, hệ số khí động trên hai mặt mái có giá trị bằng -0,7; hệ số khí động trên cột là giá trị Ce3, phụ thuộc vào tỉ lệ L/ΣB (ΣB- chiều dài toàn nhà) và H/ΣB. Công trình có: L/ΣB = 24/112.5 = 0.213 <1 và H/ΣB = (11.436+1.757+1.670+0.93)/112.5 = 0.14 < 0,5 →Ce3 = -0.4, tức là gió có chiều hút ra ngoài cho cả hai cột khung và hai cột cửa mái.
11. 11. Đồ án kết cấu thép 2 - 11 Hình 2.3. Sơ đồ tra hệ số khí động Ce, trường hợp gió thổi dọc nhà Bảng 2.4. Tải trọng gió theo phương dọc nhà STT Loại tải T.T tiêu chuẩn Hệ số k Hệ số C Hệ số vượt tải Bước khung Tổng tải trọng daN/m2 m daN/m 1 Cột khung 125.0 1.023 -0.400 1.2 7.5 -460.34 2 Mái 125.0 1.051 -0.700 1.2 7.5 -827.73 3 Cột cửa mái 125.0 1.078 -0.400 1.2 7.5 -485.01 4 Cửa mái 125.0 1.088 -0.700 1.2 7.5 -856.74 * Dấu âm nghĩa là tải trọng gió hướng ra ngoài khung. 2.4. Hoạt tải cầu trục a) Áp lực đứng: - Thông số cầu trục: Cầu trục hai dầm kiểu ZLK; Sức trục: Q = 8 tấn; Nhịp cầu trục: S = 22m. Tra trong catalog cầu trục có: + Bề rộng cầu trục: Bct = 3850 mm + Khoảng cách hai bánh xe: R = 3200 mm + Áp lực đứng tiêu chuẩn lớn nhất tại mỗi bánh xe: c maxP = 5900 daN + Áp lực đứng tiêu chuẩn nhỏ nhất tại mỗi bánh xe: c minP = 1860 daN - Áp lực đứng lên vai cột:
12. 12. Đồ án kết cấu thép 2 - 12 max c max iD n.n .P . y= ∑ ; min c min iD n.n .P . y= ∑ Trong đó: - n = 1.1: Hệ số độ tin cậy; - nc= 0.85: Hệ số tổ hợp, khi có hai cầu trục chế độ làm việc nhẹ và trung bình. - Σyi: Tổng tung độ các đường ảnh hưởng tại vị trí các bánh xe, lấy với tung độ ở gối bằng 1. y1 = 1; y2 = 0.573 ; y3 = 0.913 ; y4 = 0.487 Σyi = 2.973 Bảng 2.5. Áp lực đứng của cầu trục lên vai cột STT Loại tải Pc Σyi n nc Tổng (daN) 1 Dmax 5900.0 2.973 1.1 0.85 16402.393 2 Dmin 1860.0 2.973 1.1 0.85 5170.924 Hình 2.4. Đường ảnh hưởng phản lực gối b) Áp lực ngang( lực hãm ngang): Khi xe con hãm, phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyển động, tại các bánh xe của cầu trục xuất hiện lực ngang tiêu chuẩn c 1T , các lực này cũng di động như lực thẳng đứng P và do đó sẽ gây lực ngang tập trung T cho cột. Cách tính giá trị T cũng xếp bánh xe trên đ.a.h. Lực T truyền lên cột qua dầm hãm hoặc các chi tiết liên kết dầm cầu trục với cột nên điểm đặt tại cao trình mặt dầm cầu trục (hoặc mặt dầm hãm), có thể hướng vào hoặc hướng ra khỏi cột. c xecon 1 o 0,05.(Q G ) T n + = ; Trong đó: Gxecon = 800 daN – trọng lượng xe con. 270 2 )800981,0*10000.(05,0 1 = + =c T daN;
13. 13. Đồ án kết cấu thép 2 - 13 c c 1 iT n n T y.. . .= ∑ Bảng 2.6. Lực hãm ngang STT Loại tải Tc 1 Σyi n nc Tổng (daN) 1 T 216.2 2.973 1.1 0.85 601.05 3. Thiết kế xà gồ 3.1. Thiết kế xà gồ dùng thép cán nóng - Dùng xà gồ bằng thép hình dạng tiết diện U14. Sơ đồ giằng xà gồ: Hình 3.1. Xà gồ và sơ đồ giằng xà gồ - Xà gồ loại U14 có đặc trưng hình học tiết diện Loại hxg bxg Ix Iy Wx Wy G tiết diện (mm) (mm) (cm4 ) (cm4 ) (cm3 ) (cm3 ) (daN/m) U14a 140 60 545 57.5 77.8 13.3 13.3 a) Tải trọng tác dụng lên xà gồ do tĩnh tải, hoạt tải mái và tải trọng bản thân xà gồ: c c cm p xago g g .n q (p .n ).d g .n cosα = + + (Tính tải trọng qui ra mặt bằng nhà nên các giá trị tải trọng phân bố trên mặt mái được chia cho hệ số cosα) Trong đó: c 2 mg 8(daN / m )= : trọng lượng mái tôn; pc = 30 (daN/m2 ): hoạt tải sửa chữa mái; d: khoảng cách giữa hai xà gồ theo phương ngang, d 1.2xcosα 1.2xcos10 1.182(m)= = = c xagog 13.3(daN / m)= : trọng lượng bản thân xà gồ;
14. 14. Đồ án kết cấu thép 2 - 14 ng; np - hệ số độ tin cậy, ng = 1.1 và np = 1.3 - Tải trọng tiêu chuẩn: c 0 8 q 30 x1.182 13.3 58.35(daN / m) cos10 ⎛ ⎞ = + + =⎜ ⎟ ⎝ ⎠ - Tải trọng tính toán: 0 8x1.1 q 30x1.3 x1.182 13.3x1.1 71.28(daN / m) cos10 ⎛ ⎞ = + + =⎜ ⎟ ⎝ ⎠ - Tải trọng tiêu chuẩn theo phương x và phương y: c xq = qc xsinα ⇒ c xq = 58.35xsin100 = 10.3 daN/m c yq = qc xcosα ⇒ c yq = 58.35xcos100 = 57.47 daN/m - Tải trọng tính toán theo phương x và phương y: qx= qxsinα ⇒ qx= 71.28xsin100 = 12.38 daN/m qy= qxcosα ⇒ qy= 71.28xcos100 = 70.2 daN/m Sử dụng một thanh giằng φ18 giằng tại vị trí giữa nhịp xà gồ. Hình 3.2. Sơ đồ tính xà gồ Mômen lớn nhất theo hai phương: 2 2 y x q .B 70.2x7.5 M 493.566(daN.m) 8 8 = = = 2 2 x y q .B 12.38 * 7.5 M 21.757(daN.m) 32 32 = = = * Kiểm tra bền theo công thức: σ = σx+ σy = γyx c x y MM f. W W + ≤ 2493.566x100 21.757x100 σ 798(daN / cm ) 77.8 13.3 = + = < 2100 daN/cm2 (Thỏa mãn)
15. 15. Đồ án kết cấu thép 2 - 15 * Kiểm tra độ võng: ∆∆∆ ∆ 22 yx B B B B ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎡ ⎤ = + ≤⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦⎝ ⎠ ⎝ ⎠ Trong đó: B x∆ và B y∆ là độ võng tương đối theo phương x và phương y do c xq và c yq gây ra; ∆ 1 B 200 ⎡ ⎤ =⎢ ⎥⎣ ⎦ là độ võng tương đối cho phép của xà gồ lợp mái tôn. Với trường hợp dùng một thanh giằng xà gồ ở giữa nhịp thì cần kiểm tra độ võng của xà gồ tại điểm giữa nhịp (tại đó ∆x = 0, chỉ có ∆y lớn nhất) và tại điểm cách đầu xà gồ một khoảng z = 0.421*B/2 = 0.21B (tại đây có ∆x lớn nhất): c 3 x x y q .B B 2954.E.I ∆ = và độ võng: ∆ c 3 y y x 3,1.q .B B 384.E.I = - Độ võng tương đối tại giữa nhịp theo phương y: ∆ c 3 2 3 y y 6 x 5.q .B 5x57.47x10 x750 1 1 B 384.E.I 384x2.1x10 x545 362 200 − = = = < (Thỏa mãn) - Độ võng tương đối tại điểm cách xà gồ một khoảng z = 0.21B =1.575m: ∆ c 3 2 3 x x 6 y q .B 10.13x10 x750 1 B 2954.E.I 2954x2.1x10 x57.5 8344 − = = = ; ∆ c 3 2 3 y y 6 x 3,1.q .B 3.1x57.47x10 x750 1 B 384.E.I 384x2.1x10 x545 584 − = = = ∆ 2 21 1 1 1 ( ) ( ) B 8344 584 583 200 = + = < (Thỏa mãn) b) Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ: Tải trọng gió tác dụng lên xà gồ là tổ hợp tĩnh tải và gió (chiếu lên phương gió y-y): - Tải trọng gió tính toán: α α α c c y,gió e 0 m xago d d q C .W .k.n. 0,9.(g . g ).cos cos cos = − + y,gió 0 0 0 1.180 q 0.7 125 1.088 1.2 cos10 1.182 0.9 (8 13.3) cos10 116.782(daN / m) cos10 = × × × × − − × × + × = - Tải trọng gió tiêu chuẩn:
16. 16. Đồ án kết cấu thép 2 - 16 c y,gió 0 0 0 1.180 q 0.7 125 1.088 cos10 1.182 0.9 (8 13.3) cos10 93.936(daN / m) cos10 = × × × − − × × + × = - Tĩnh tải theo phương x: α α c c x m xago 0 0 d q 0,9.(g . g ).sin cos 1.182 0.9 8 13.3 sin10 3.759(daN / m) cos10 = + ⎛ ⎞ = × × + × =⎜ ⎟ ⎝ ⎠ * Kiểm tra bền theo công thức: 2 2 y,gió gió q B 116.782 * 7.5 M 821.125(daN.m) 8 8 × = = = 2 2 x qx q B 3.579 * 7.5 M 6.291(daN.m) 32 32 × = = = σ 2 2 gió x x y 2 M M 821.125 10 6.291 10 W W 77.8 13.3 1102.732(daN / cm ) × × = + = + = < 2100daN/cm2 (Thỏa mãn) * Kiểm tra độ võng: ∆ c 3 2 3 y,gió y,gió 6 x 3,1.q .B 3.1 93.936 10 750 1 1 B 384.E.I 384 2.1 10 545 221 200 − × × × = = = < × × × (Thỏa mãn) 3.2. Thiết kế xà gồ dùng thép dập nguội + Tải trọng tính toán do tải trọng thẳng đứng q (không tính trọng lượng của xà gồ): c c m p g .n q (p .n ).d cosα = + 0 8 1.1 q (30 1.3 ) 1.182 56.65(daN / m) cos10 × = × + × = + Tải trọng gió tính toán (không tính trọng lượng của xà gồ): α α α c y,gió e 0 m d d q C .W .k.n. 0,9.(g . ).cos cos cos = − y,gió 0 0 0 1.182 q 0.7 125 1.088 1.2 cos10 1.182 0.9 (8 ) cos10 128.57(daN / m) cos10 = × × × × − − × × × =
17. 17. Đồ án kết cấu thép 2 - 17 Chọn xà gồ theo tải trọng gió (có chiều hướng ra khỏi mái) qgió = 1.286 kN/m, nhịp 7500 mm và theo sơ đồ có một thanh căng ở giữa, tra bảng 3.5 thép hình 300 sẽ được số hiệu xà gồ Z30024 có thể chịu được tải cho phép là 2.84 kN/m (xem phụ lục 3- sách “Thiết kế khung thép nhà công nghiệp”). 4. Tính nội lực khung 4.1. Mô hình hóa kết cấu khung trong phần mềm Sap2000 a) Sơ đồ kết cấu - Tính toán kết cấu khung theo sơ đồ khung phẳng. - Nhịp tính toán khung lấy theo khoảng tim của 2 trục cột; trục xà gãy khúc tại điểm đổi tiết diện (nối tâm của tiết diện nách xà với tâm của tiết diện tại chỗ đổi, đoạn còn lại lấy trùng với trục của tiết diện bé). - Liên kết giữa cột với móng là liên kết ngàm, liên kết giữa cột với dầm là liên kết cứng. - Vật liệu: Thép CCT34 có f = 2100 daN/cm2 ; E = 2,1x106 daN/cm2 ; ρ = 7850 daN/m3 Hình 4.1. Sơ đồ khung ngang
18. 18. Đồ án kết cấu thép 2 - 18 Hình 4.2. Hình dạng tiết diện khung và vị trí tiết diện tính toán b) Sơ đồ chất tải trọng Hình 4.3. Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên khung
19. 19. Đồ án kết cấu thép 2 - 19 Hình 4.4. Sơ đồ hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa trái khung Hình 4.5. Sơ đồ áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột trái
20. 20. Đồ án kết cấu thép 2 - 20 Hình 4.6. Sơ đồ áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái Hình 4.7. Sơ đồ tải trọng gió ngang trái
21. 21. Đồ án kết cấu thép 2 - 21 Hình 4.8. Sơ đồ tải trọng gió dọc 4.2. Nội lực và tổ hợp nội lực a) Nội lực Sử dụng phần mềm Sap2000 phân tích kết cấu khung, cho kết quả là giá trị nội lực của cấu kiện cột, xà theo các trường hợp tải trọng riêng biệt. Lấy kết quả nội lực tại các tiết diện đặc biệt của khung: - Tại cột: tiết diện chân cột (ký hiệu là tiết diện A), đỉnh cột (ký hiệu là tiết diện B), tiết diện phía trên vai cột (ký hiệu là tiết diện Ctr) và dưới vai cột (ký hiệu là Cd). - Tại xà: tiết diện hai đầu và giữa xà, tiết diện thay đổi. b) Tổ hợp nội lực Có hai loại tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2. Tổ hợp cơ bản 1 gồm nội lực do tải trọng thường xuyên và một hoạt tải (hệ số tổ hợp nc =1). Tổ hợp cơ bản 2 gồm nội lực do tải trọng thường xuyên và nội lực các hoạt tải gây ra (hệ số tổ hợp nc= 0,9). Tại mỗi tiết diện tìm được 3 cặp nội lực: - Tổ hợp gây mô men dương lớn nhất Mmax và lực nén, lực cắt tương ứng Ntư, Vtư; - Tổ hợp gây mô men dương nhỏ nhất Mmin và lực nén, lực cắt tương ứng Ntư, Vtư; - Tổ hợp gây lực dọc lớn nhất Nmax và mô men, lực cắt tương ứng Mtư, Vtư; Kết quả nội lực và tổ hợp nội lực được thể hiện trong bảng 4.1 - 4.4.
22. 22. Đồ án kết cấu thép 2 - 22 Hình 4.9. Biểu đồ mômen do tĩnh tải tác dụng lên khung Hình 4.10. Biểu đồ mômen do hoạt tải sửa chữa mái tác dụng lên nửa trái khung
23. 23. Đồ án kết cấu thép 2 - 23 Hình 4.11. Biểu đồ mômen do áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột trái Hình 4.12. Biểu đồ mômen do áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái
24. 24. Đồ án kết cấu thép 2 - 24 Hình 4.13. Biểu đồ mômen do tải trọng gió ngang Hình 4.14. Biểu đồ mômen do tải trọng gió dọc
25. 25. Đồ án kết cấu thép 2 - 25 Bảng 4.1. Nội lực cột (đơn vị kN, kNm) nc= 1 nc= 0.9 nc= 1 nc= 0.9 nc= 1 nc= 0.9 nc= 1 nc= 0.9 nc= 1 nc= 0.9 nc= 1 nc= 0.9 nc= 1 nc= 0.9 nc= 1 nc= 0.9 nc= 1 nc= 0.9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 M -86.27 -30.89 -27.80 -63.22 -56.90 -0.63 -0.56 -43.17 -38.86 27.44 24.70 -18.24 -16.42 770.12 693.11 -332.73 -299.45 168.52 151.67 N -88.33 -29.57 -26.62 -8.73 -7.86 -162.72 -146.45 -53.02 -47.72 0.58 0.52 -0.58 -0.52 91.27 82.14 60.05 54.05 109.04 98.14 V -18.55 -9.93 -8.93 -9.93 -8.93 -7.04 -6.34 -7.04 -6.34 4.05 3.65 -1.96 -1.76 155.59 140.03 -50.79 -45.71 19.24 17.32 M 78.67 57.34 51.61 25.01 22.51 61.96 55.76 19.41 17.47 -8.59 -7.73 -0.85 -0.76 -249.25 -224.32 -108.39 -97.55 -184.30 -165.87 N -63.77 -29.57 -26.62 -8.73 -7.86 -162.72 -146.45 -53.02 -47.72 0.58 0.52 -0.58 -0.52 91.27 82.14 60.05 54.05 109.04 98.14 V -18.55 -9.93 -8.93 -9.93 -8.93 -7.04 -6.34 -7.04 -6.34 4.05 3.65 -1.96 -1.76 73.74 66.37 0.32 0.29 60.14 54.12 M 67.51 57.34 51.61 25.01 22.51 -44.66 -40.19 -14.20 -12.78 -8.59 -7.73 -0.85 -0.76 -249.25 -224.32 -108.39 -97.55 -184.30 -165.87 N -41.32 -29.57 -26.62 -8.73 -7.86 1.31 1.18 -1.31 -1.18 0.58 0.52 -0.58 -0.52 91.27 82.14 60.05 54.05 109.04 98.14 V -18.55 -9.93 -8.93 -9.93 -8.93 -7.04 -6.34 -7.04 -6.34 4.05 3.65 -1.96 -1.76 73.74 66.37 0.32 0.29 60.14 54.12 M 119.29 85.04 76.54 52.71 47.44 -25.01 -22.51 5.45 4.91 -8.90 -8.01 4.61 4.15 -419.19 -377.27 -131.69 -118.53 -370.05 -333.05 N -33.61 -29.57 -26.62 -8.73 -7.86 1.31 1.18 -1.31 -1.18 0.58 0.52 -0.58 -0.52 91.27 82.14 60.05 54.05 109.04 98.14 V -18.55 -9.93 -8.93 -9.93 -8.93 -7.04 -6.34 -7.04 -6.34 -1.96 -1.76 -1.96 -1.76 48.04 43.24 16.37 14.74 72.97 65.68 Tmax cột phải Gió ngang trái Gió ngang phái Gió dọc Cấu kiện Tiết diện Nội lực Loại tải trọng T.Trọng thường xuyên Hoạt tải mái trái Hoạt tải mái phải Dmax cột trái Dmax cột phải Tmax cột trái A Cd Ct B Cột
26. 26. Đồ án kết cấu thép 2 - 26 Bảng 4.2. Nội lực xà mái (đơn vị kN, kNm) nc= 1 nc= 0.9 nc= 1 nc= 0.9 nc= 1 nc= 0.9 nc= 1 nc= 0.9 nc= 1 nc= 0.9 nc= 1 nc= 0.9 nc= 1 nc= 0.9 nc= 1 nc= 0.9 nc= 1 nc= 0.9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 M -119.29 -85.04 -76.54 -52.71 -47.44 25.01 22.51 -5.45 -4.91 8.90 8.01 -4.61 -4.15 419.19 377.27 131.69 118.53 370.05 333.05 N -25.22 -15.94 -14.34 -11.54 -10.39 -6.61 -5.95 -7.16 -6.44 -1.79 -1.61 -2.04 -1.83 66.20 59.58 28.66 25.80 94.32 84.89 V -28.94 -26.82 -24.13 -6.44 -5.80 2.76 2.49 0.21 0.19 0.98 0.88 -0.15 -0.14 79.09 71.18 55.25 49.72 91.21 82.09 M -19.33 3.43 3.08 -25.37 -22.83 13.28 11.95 -6.33 -5.69 4.74 4.27 -3.96 -3.56 133.71 120.34 -49.60 -44.64 57.47 51.72 N -22.93 -13.36 -12.02 -11.54 -10.39 -6.61 -5.95 -7.16 -6.44 -1.79 -1.61 -2.04 -1.83 66.20 59.58 28.66 25.80 94.32 84.89 V -18.33 -14.86 -13.38 -6.44 -5.80 2.76 2.49 0.21 0.19 0.98 0.88 -0.15 -0.14 55.40 49.86 30.16 27.14 56.05 50.45 M -19.33 3.43 3.08 -25.37 -22.83 13.28 11.95 -6.33 -5.69 4.74 4.27 -3.96 -3.56 133.71 120.34 -49.60 -44.64 57.47 51.72 N -22.25 -12.80 -11.52 -11.30 -10.17 -6.70 -6.03 -7.16 -6.44 -1.83 -1.64 -2.03 -1.83 64.13 57.72 27.54 24.79 92.20 82.98 V -19.16 -15.34 -13.81 -6.86 -6.17 2.52 2.27 -0.06 -0.05 0.91 0.82 -0.23 -0.21 57.79 52.01 31.19 28.07 59.47 53.52 M 34.82 18.98 17.08 18.98 17.08 -4.88 -4.40 -4.88 -4.40 -1.80 -1.62 -1.80 -1.62 -75.88 -68.29 -75.88 -68.29 -83.30 -74.97 N -11.29 -4.45 -4.01 -7.09 -6.38 -7.30 -6.57 -7.73 -6.96 -2.07 -1.86 -2.26 -2.04 28.04 25.23 23.59 21.23 74.02 66.62 V 2.01 8.44 7.60 -6.39 -5.75 2.57 2.31 0.10 0.09 0.93 0.84 -0.16 -0.15 7.92 7.13 -17.09 -15.38 -13.15 -11.83 Cấu kiện Đoạn 2 2-2 1-1 2-2 Đoạn 1 Tmax cột phải Gió ngang trái Gió ngang phái Gió dọc 1-1 Tiết diện Nội lực Loại tải trọng T.Trọng thường xuyên Hoạt tải mái trái Hoạt tải mái phải Dmax cột trái Dmax cột phải Tmax cột trái
27. 27. Đồ án kết cấu thép 2 - 27 Bảng 4.3. Tổ hợp nội lực cột (đơn vị kN, kNm) M+ tu; Vtu M- tu; Vtu M+ tu; Vtu M- tu; Vtu Tải trọng 4;17 4;19 4;9;15 4;10;14;18 4;6;8;12;14;20 4;6;8;10;16 M 683.85 -419.00 -105.14 630.97 -533.97 -187.95 N 2.94 -28.28 -251.62 -152.11 -116.99 -269.77 V 137.04 -69.35 -27.55 118.79 -92.12 -44.52 Tải trọng 4;5;7 4;17 4;9;15 4;6;8;10;14 4;18 4;6;8;10;16 M 161.02 -170.58 139.78 216.28 -145.65 207.79 N -102.08 27.49 -227.07 -245.21 18.37 -245.21 V -38.40 55.19 -27.55 -46.40 47.81 -44.52 Tải trọng 4;5;7 4;17 4;5;7 4;6;8 4;10;14;18 4;6;8;12;16 M 149.86 -181.74 149.86 141.63 -204.73 128.09 N -79.62 49.95 -79.62 -75.79 42.52 -77.49 V -38.40 55.19 -38.40 -36.42 45.12 -44.52 Tải trọng 4;5;7 4;17 4;5;7 4;6;8;12;14 4;10;14;18 4;6;8;12;16 M 257.04 -299.90 257.04 256.19 -288.50 252.33 N -71.91 57.66 -71.91 -69.78 50.23 -69.78 V -38.40 29.49 -38.40 -40.99 16.59 -44.52 Tổ hợp cơ bản 2 M+ max; Ntu; Vtu M- max; Ntu; Vtu Nmax A - Cấu kiện Tiết diện Nội lực Tổ hợp cơ bản 1 M+ max; Ntu; Vtu M- max; Ntu; Vtu Nmax Cột - - - - Cd - Ct - B -
28. 28. Đồ án kết cấu thép 2 - 28 Bảng 4.4. Tổ hợp nội lực xà mái (đơn vị kN, kNm) M+ tu; Vtu M- tu; Vtu M+ tu; Vtu M- tu; Vtu Tải trọng 4;17 4;5;7 4;5;7 4;10;14;18 4;6;8;12;14 4;6;8;12;16 M 299.90 -257.04 -257.04 288.50 -256.19 -252.33 N 40.98 -52.70 -52.70 26.81 -54.78 -58.22 V 50.15 -62.20 -62.20 45.61 -59.57 -58.83 Tải trọng 4;17 4;19 4;21 4;6;10;14;18 4;8;12;14;20 4;22 M 114.39 -68.92 38.14 120.32 -96.76 32.39 N 43.27 5.73 71.39 17.07 -12.35 61.96 V 37.07 11.83 37.72 21.52 2.32 32.12 Tải trọng 4;17 4;19 4;21 4;6;10;14;18 4;8;12;14;20 4;22 M 114.39 -68.92 38.14 120.32 -96.76 32.39 N 41.88 5.29 69.96 16.27 -12.43 60.74 V 38.63 12.03 40.31 22.13 1.86 34.36 Tải trọng 4;5;7 4;21 4;21 4;6;8 4;10;14;22 4;22 M 72.78 -48.48 -48.48 68.98 -46.16 -40.15 N -22.84 62.73 62.73 -21.68 46.90 55.33 V 4.06 -11.14 -11.14 3.85 -6.68 -9.83 Tổ hợp cơ bản 1 Tổ hợp cơ bản 2 M+ max; Ntu; Vtu M- max; Ntu; Vtu Nmax M+ max; Ntu; Vtu M- max; Ntu; Vtu Nmax Đoạn 1 Đoạn 2 Cấu kiện Tiết diện Nội lực 1-1 1-1 - - 2-2 - - - - 2-2 - -
29. 29. Đồ án kết cấu thép 2 - 28 5. Kiểm tra tiết diện cột, xà 5.1. Kiểm tra tiết diện cột 5.1.1. Thông số chung Hình 5.1. Tiết diện ngang cột Cột chịu nén lệch tâm, tiết diện đối xứng, đặc. Nội lực lớn nhất M, N, V lấy ở tiết diện chân cột. - Nội lực tính toán: Bảng 5.1. Các trường hợp nội lực Đặc điểm thành phần nội lực M (daNm) N (daN) V (daN) Trường hợp 1 M+ max, Ntư, Vtư 68385 294 13704 Trường hợp 2 Nmax, Mtư, Vtư -18795 -26977 -4452 Trường hợp 3 M- max, Ntư, Vtư -53397 -11699 -9212 - Vật liệu: Thép CCT34 f = 2100 daN/cm2 E = 2.1x106 daN/cm2 - Kích thước hình học tiết diện cột: Bảng 5.2. Kích thước hình học tiết diện C.cao TD Cánh trên Bản bụng Cánh dưới h (mm) bf (mm) tf (mm) hw (mm) tw (mm) bf (mm) tf (mm) 750 300 20 710 12 300 20 - Đặc trưng hình học tiết diện cột: Bảng 5.3. Đặc trưng hình học tiết diện Jx Wx rx Jy Wy ry A (cm4 ) (cm3 ) (cm) (cm4 ) (cm3 ) (cm) (cm2 ) 195701.1 5218.7 30.88 9010.2 600.7 6.63 205.2
30. 30. Đồ án kết cấu thép 2 - 29 - Chiều dài tính toán cột: Trong mặt phẳng khung lx: cho phép tính lx=µ.H với hệ số chiều dài tính toán µ (Bảng 5.4), phụ thuộc vào tham số: c T xà b.I G = H.I Trong đó: b, H - chiều dài nửa xà, chiều cao cột; Ιc, Ιxà mô men quán tính của cột và xà (lấy ở tiết diện cách nút khung 0,4b). (Theo tiết diện xà đã chọn sơ bộ tính được Ixà = 51312.14 cm4 ) T 12 195701.1 G 4.015 11.4 51312.14 × = = × ; Bảng 5.4. Hệ số µ theo GT Tra bảng 5.4 được µ = 1.471 Chiều dài tính toán cột trong mặt phẳng uốn: lx=µ.H = 1.471x11.4 = 16.77 (m) - Chiều dài tính toán cột ngoài mặt phẳng uốn ly lấy bằng khoảng cách hai điểm ngăn cản chuyển vị cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn, tức là khoảng cách 2 điểm giằng cột. Theo sơ đồ bố trí hệ giằng ta có : ly = 6.4(m) 5.1.2. Kiểm tra điều kiện khống chế độ mảnh - Độ mảnh cột: x x x l 1677 λ 54.3 r 30.88 = = = ; y y y l 640 λ 96.58 r 6.63 = = = - Độ mảnh qui ước của cột: x x f λ λ . E = ⇒ x 6 2100 λ 54.3 1.72 2.1 10 = × = × y y f λ λ . E = ⇒ y 6 2100 λ 96.58 3.05 2.1 10 = × = × - Độ mảnh giới hạn của cột: theo bảng 25 TCXDVN 338:2005: [ λ ] = 180 – 60.α Với e N = c.A.f. α ϕ γ GT 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 µ 1,00 1,10 1,15 1,23 1,30 1,35 1,40 1,47 GT 5,0 6,0 8,0 10 15 20 30 50 µ 1,50 1,60 1,70 1,75 1,83 1,90 1,95 2,00
31. 31. Đồ án kết cấu thép 2 - 30 [ λ ] ≥180-60*0,5 = 150 Max (λx; λy) = λy = 96.58 < [ λ ] = 150(Thoả mãn) 5.1.3. Kiểm tra điều kiện bền a) Trường hợp 1: Với cặp nội lực 1: (M = 68385 daNm; N= 294 daN; V= 13704 daN) - Độ lệch tâm tương đối: 2 x e M A 68385 10 205.2 m 914.6 N W 294 5218.7 × = = × = × = ρ - Độ lệch tâm tính đổi: em m= η → em m 20> > Cần kiểm tra điều kiện bền theo các công thức: c n X N M f. A W σ = ± ≤ γ 2 2 c 294 68385 10 1311.8 f 2100(daN / cm ) 205.2 5218.7 × σ = + = < γ = (Thoả mãn) 2 2 c 294 68385 10 1308.9 f 2100(daN / cm ) 205.2 5218.7 × σ = − = − ⇒ σ < γ = (Thoả mãn) b) Trường hợp 2: Với cặp nội lực 2: (M = -18795 daNm; N= -26977 daN; V= -4452 daN) - Độ lệch tâm tương đối: 2 x e M A 18795 10 205.2 m 2.74 N W 26977 5218.7 × = = × = × = ρ - Hệ số η kể đến ảnh hưởng hình dạng của tiết diện lấy theo bảng D.9 phụ lục D TCXDVN 338:2005 ta có: η = 1.45 - Độ lệch tâm tính đổi: em m 1.45 2.74 3.96 20= η = × = < →Không cần tính toán về bền c) Trường hợp 3: Với cặp nội lực 3: (M = -53397 daNm; N= -11699 daN; V= -9212 daN) - Độ lệch tâm tương đối: 2 x e M A 53397 10 205.2 m 17.95 N W 11699 5218.7 × = = × = × = ρ - Hệ số η kể đến ảnh hưởng hình dạng của tiết diện lấy theo bảng D.9 phụ lục D TCXDVN 338:2005 ta có: η = 1.17 - Độ lệch tâm tính đổi: em m 1.17 17.95 21.02 20= η = × = > Cần kiểm tra điều kiện bền theo các công thức: c n X N M f. A W σ = ± ≤ γ
32. 32. Đồ án kết cấu thép 2 - 31 2 2 c 11699 53397 10 1080.2 f 2100(daN / cm ) 205.2 5218.7 × σ = + = < γ = (Thoả mãn) 2 2 c 11699 53397 10 966.17 f 2100(daN / cm ) 205.2 5218.7 × σ = − = − ⇒ σ < γ = (Thoả mãn) 5.1.4. Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung a) Trường hợp 1: Với cặp nội lực 1: (M = 68385 daNm; N= 294 daN; V= 13704 daN) Ta có me > 20, do đó cần kiểm tra ổn định tổng thể như với cấu kiện chịu uốn (mômen M) theo công thức: c b c M f W ≤ γ φ Tính ϕb theo phụ lục E, TCXDVN 338:2005 (phụ thuộc hệ số α và hệ số ψ như trong dầm có cánh chịu nén với một điểm cố kết ở giữa nhịp): - Tính hệ số: α 2 3 o f w 3 fk f f f l .t a.t 8. . 1 h .b b .t ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ = +⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ; Trong đó: lo = 6.4 m ; hfk – khoảng cách trọng tâm hai bản cánh: hfk = 73 cm; a = 0.5hfk = 36.5 cm; → α 2 3 3 640 2 36.5 1.2 8 1 3.45 73 30 30 2 ⎛ ⎞× ×⎛ ⎞ = × × + =⎜ ⎟⎜ ⎟× ×⎝ ⎠ ⎝ ⎠ Từ 0.1<α <40, tra bảng E.1 (TCXDVN 338:2005) ta có: ψ ψ α11.14 1.14 (2.25 0.07 ) 1.14 (2.25 0.07 3.45) 2.84= = × + = × + × = - Tính hệ số:φ ψ 2 2 6 y 1 x 0 I h E 9010.2 75 2.1 10 . . 2.84 1.8 I l f 195701.1 640 2100 ⎛ ⎞ ×⎛ ⎞ = = × × × =⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠ > 0.85 φ φb 10.68 0.21 0.68 0.21 1.8 1.06→ = + = + × = >1 φb 1→ = γ φ 2 2 c b c M 68385 10 1310.4 f 2100(daN / cm ) .W 1 5218.7 × = = < = × (Thoả mãn) b) Trường hợp 2: Với cặp nội lực 2: (M = -18795 daNm; N= -26977 daN; V= -4452 daN) Độ lệch tâm tính đổi: me = 3.96 < 20 . cần kiểm tra ổn định tổng thể. Hệ số uốn dọc eϕ lấy theo bảng D.10 phụ lục D TCXDVN 338:2005: eϕ = 0.275
33. 33. Đồ án kết cấu thép 2 - 32 φ 2 e N 26977 477.7(daN / cm ) A 0.275 205.2 = = × 2100=< cfγ (Thỏa mãn) c) Trường hợp 3: Với cặp nội lực 3: (M = -53397 daNm; N= -11699 daN; V= -9212 daN) Độ lệch tâm tính đổi me = 21.02 > 20, do đó cần kiểm tra ổn định tổng thể như với cấu kiện chịu uốn (mômen M) theo công thức: c b c M f W ≤ γ φ Ở trường hợp 1) ta đã tính được hệ số φb 1= . γ φ 2 2 c b c M 53397 10 1023.2 f 2100(daN / cm ) .W 1 5218.7 × → = = < = × (Thoả mãn) 5.1.5. Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung c y f Ac N γ ϕ ≤ .. Trong đó: hệ số c kể đến ảnh hưởng của mô men uốn Mx và hình dáng tiết diện đến ổn định của cột theo phương vuông góc với mặt phẳng uốn (phương ngoài mặt phẳng uốn). c phụ thuộc vào mx: x x x M A m N W = × Cột bị khống chế chuyển vị theo phương vuông góc với mặt phẳng tác dụng của mômen nên momen Mx là mômen lớn nhất trong khoảng 1/3 giữa của chiều dài cột, nhưng không nhỏ hơn 0,5 lần mômen lớn nhất trên cả chiều dài thanh) a) Trường hợp 1: Với cặp nội lực 1: (M = 68385 daNm; N= 294 daN; V= 13704 daN) (Do cột chịu kéo, ko chịu nén nên không phải kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung). Mômen lớn nhất tại 1/3 chiều dài giữa cột cùng tổ hợp lực với cặp nội lực 1: Mx = 31863 < 68385/2 = 34193 chọn Mx = 34193 daNm 2 x 34193 10 205.2 m 457.3 294 5218.7 × = × = >10 φ φ y x b 1 c 1 m → = + Hệ số uốn dọc ϕy đối với trục y-y của tiết diện được xác định bằng tra bảng D.8, TCXDVN 338:2005 tương ứng với λy 96.58= →ϕy = 0.608; ϕb = 1
34. 34. Đồ án kết cấu thép 2 - 33 Do đó: 1 c 0.0036 0.608 1 457.3 1 = = + × γ φ 2 c y N 294 657.6 f 2100(daN / cm ) c. .A 0.0036 0.608 205.2 = = < = × × (Thoả mãn) b) Trường hợp 2: Với cặp nội lực 2: (M = -18795 daNm; N= -26977 daN; V= -4452 daN) Mômen lớn nhất trên đoạn 1/3 chiều dài giữa cột cùng tổ hợp với cặp nội lực 2: Mx = 15036 > 18795/2 = 9398 chọn Mx = 15036daNm 2 x 15036 10 205.2 m 2.19 26977 5218.7 × = × = < 5 β α x c 1 .m → = + Hệ số βα, lấy theo bảng 16 TCXDVN 338:2005: α x0.65 0.05m 0.65 0.05 2.19 0.76= + = + × = Độ mảnh λy 96.58= <λ 6 c E 2.1 10 3.14 3.14 99.3 f 2100 × = = = nên =β 1 β α x 1 c 0.375 1 .m 1 0.76 2.19 = = = + + × γ φ 2 c y N 26977 576.5 f 2100(daN / cm ) c. .A 0.375 0.608 205.2 = = < = × × (Thoả mãn) c) Trường hợp 3: Với cặp nội lực 3: (M = -53397 daNm; N= -11699 daN; V= -9212 daN) Mômen lớn nhất trên đoạn 1/3 chiều dài giữa cột cùng tổ hợp với cặp nội lực 3: Mx = 27135 > 53397/2 =26699 chọn Mx = 27135 daNm 2 x 27135 10 205.2 m 9.12 11699 5281.7 × = × = Do x5 m 8.2 10< = < nên hệ số c tính theo công thức: 5 x 10 xc c (2 0.2m ) c (0.2m 1)= − + − + Tính hệ số c5: (với mx =5) α x0.65 0.05m 0.65 0.05 5 0.9= + = + × = β α 5 x 1 c 0.1818 1 .m 1 0.9 5 = = = + + ×
35. 35. Đồ án kết cấu thép 2 - 34 + Tính hệ số c10: (với mx =10) φ φ 10 y x b 1 1 c 0.141 0.608 1 101 m 1 = = = + ×+ 5 x 10 xc c (2 0.2m ) c (0.2m 1) 0.1818 (2 0.2 9.12) 0.141 (0.2 9.12 1) 0.148 = − + − = × − × + × × − = γ φ 2 c y N 11699 632.1 f 2100(daN / cm ) c. .A 0.148 0.608 205.2 = = < = × × (Thoả mãn) 5.1.6. Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh cột Bản cánh phải đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ theo công thức: 0f 0 f b b [ ] t t ≤ ; Trong đó: f w 0f b t 30 1.2 b 14.4 2 2 − − = = = 0f f b 14.4 7.2 t 2 → = = Tra bảng 35 TCXDVN 338: 2005 được độ mảnh giới hạn của phần bản cánh nhô ra của cột (độ mảnh quy ước λ tính theo: 0.8 ≤ λ = min( ,x yλ λ ) ≤ 4 .→ =1 72λ ) ( )0f f b E 0.36 0.10 t f ⎡ ⎤ = + λ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ = ( ) 6 2.1 10 0.36 0.10 1.72 16.81 2100 × + × = 0f f b 7.2 t → = ≤ 0f f b 16.81 t ⎡ ⎤ =⎢ ⎥ ⎣ ⎦ (Thoả mãn) 5.1.7. Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng cột Bản bụng phải đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ theo công thức: w w w w h h t t ⎡ ⎤ ≤ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ; w w h 71 59.17 t 1.2 = = a,Trường hợp 1: Với cặp nội lực 1: (M = 68385 daNm; N= 294 daN; V= 13704 daN) Trường hợp 3: Với cặp nội lực 3: (M = -53397 daNm;N= -11699 daN; V= -9212 daN) Độ lệch tâm tính đổi me > 20, do đó cần kiểm tra ổn định bản bụng như với cấu kiện chịu uốn theo công thức: w w h E 3.2 t f ≤ ; 6 w w h 2.11 10 59.17 3.2 101.2 t 2100 × = < = ; →Bản bụng không mất ổn định cục bộ. 6 w w h E 2.1 10 59.17 2.3 2.3 72.32 t f 2100 × = < = =
36. 36. Đồ án kết cấu thép 2 - 35 →Không cần thêm sườn gia cường. b, Trường hợp 2: Với cặp nội lực 2: (M = -18795 daNm; N= -26977 daN; V= -4452 daN) Điều kiện ổn định tổng thể của cột được quyết định bởi điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn nên cần phải tính hệ số α và ứng suất tiếp trunh bình τ. 2 2 1 x N M 26977 18795 10 .y 35.5 472.4(daN / cm ) A I 205.2 195701.1 × σ = + = + × = 2 2 1 x N M 26977 18795 10 .y 35.5 209.5(daN / cm ) A I 205.2 195701.1 × σ = − = − × = − 2 w w V 4452 52.25(daN / cm ) t .h 1.2 71 τ = = = × daN/cm2 . 1 472.4 ( 209.5) 1.44 472.4 σ − σ − − → α = = = σ >1 ( ) τ β α σ 52.25 1.4 2 1 1.4 (2 1.44 1) 0.292 472.4 = − = × × − × = α σ α α β w 2 2 w 6 2 2 h (2 1).E 4.35 t (2 4 ) (2 1.44 1) 2.1 10 4.35 274 472.4 (2 1.44 1.44 4 0.292 ) ⎡ ⎤ − → =⎢ ⎥ − + +⎣ ⎦ × − × × = × = × − + + × 6 E 2.1 10 3.8 3.8 120.67 f 2100 × = = < 274 →Lấy w w h 120.167 t ⎡ ⎤ =⎢ ⎥ ⎣ ⎦ để so sánh. w w w w h h 59.17 120.167 t t ⎡ ⎤ → = < =⎢ ⎥ ⎣ ⎦ →Bản bụng không mất ổn định cục bộ. 6 w w h E 2.1 10 59.17 2.3 2.3 72.32 t f 2100 × = < = = →Không cần thêm sườn gia cường. 5.1.8. Tính liên kết hàn bản cánh và bản bụng cột Liên kết bản cánh và bụng cột tổ hợp chịu lực cắt V sinh ra do uốn dọc, chọn cặp nội lực gây cắt lớn nhất để tính: (cặp nội lực 1: M = 65952 daNm; N= 51 daN; V= 13505 daN). Chiều cao đường hàn cánh – bụng: β γ v f f w min x c V .S h 2.( .f ) .I . ≥ Trong đó: Vv = 13704 daN Sf = 2190 cm3 – Mô men tĩnh của 1 bản cánh cột với trục x-x.
37. 37. Đồ án kết cấu thép 2 - 36 ( )β w min .f = 1260 – Cường độ tính toán đường hàn với quen hàn N42. f 13704 2190 h 0.06cm 2 1260 195701.1 1 × → ≥ = × × × Liên kết cánh và bụng cột được lấy theo cấu tạo: đường hàn dài suốt chiều dài cột và lấy hf = 6 mm. 5.2. Kiểm tra tiết diện xà: 5.2.1. Kiểm tra tiết diện tại nách khung a) Thông số chung - Nội lực tính toán: M = 29990 daN.m; N = 4098 daN; V = 5015 daN - Vật liệu: Thép CCT34: f = 2100 daN/cm2 ; E = 2,1.106 daN/cm2 Hình 5.2. Tiết diện xà tại nách khung - Kích thước hình học tiết diện: Bảng 5.5. Kích thước hình học tiết diện C.cao TD Cánh trên Bản bụng Cánh dưới h (mm) bf (mm) tf (mm) hw (mm) tw (mm) bf (mm) tf (mm) 750 300 16 718 10 300 16 - Chiều dài tính toán xà: Trong mặt phẳng khung: lx = 24 m Ngoài mặt phẳng khung: ly là khoảng cách hai xà gồ; ly = 1.182 m. - Đặc trưng hình học tiết diện xà:
38. 38. Đồ án kết cấu thép 2 - 37 Bảng 5.6. Đặc trưng hình học tiết diện Ix Wx Iy Wy A Sx Sx f (cm4 ) (cm3 ) (cm4 ) (cm3 ) (cm2 ) (cm3 ) (cm3 ) 160167.4 4271.1 7206 480.4 167.8 2406 1761.6 Độ lệch tâm tương đối: 2 29990 10 167.8 28.75 4098 4271.1 × = = × = × =x x e M A m N Wρ b) Kiểm tra điều kiện cường độ: + Điều kiện bền chịu uốn nén: σ γ= + ≤ c n xn N M f. A W Trong đó: An- diện tích tiết diện thực của xà; Wxn- mô men chống uốn của tiết diện thực. σ γ 2 2 c 4098 29990 10 726.6 f. 21002(daN / cm ) 167.8 4271.1 × = + = < = (Thoả mãn) + Điều kiện bền chịu cắt: τ γ 2x max v c x w V.S 5015 2406 75.3 f 1200(daN / cm ) I t 160167.4 1 × = = = < = × (Thoả mãn) + Điều kiện bền chịu đồng thời nén uốn và cắt: σ 2 2w 1 x hN M 4098 29990 10 718 . 725.5(daN / cm ) A W h 167.8 4271.1 750 × = + = + × = τ f 2x 1 x w V.S 5015 1761.6 55.15(daN / cm ) I t 160167.4 1 × = = = × σ σ τ γ 2 2 2 2 td 1 1 2 2 c 3 725.5 3 55.15 731.8(daN / cm ) 1.15f 2415(daN / cm ) = + = + × = < = (Thoả mãn) c) Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của xà: Xét tỉ số giới hạn kích thước bản cánh của tiết diện: 0 f l 118.2 3.94 b 30 = = < 0 f f f f f fk l b b b E 0.41 0.0032 (0.73 0.016 ) b t t h f ⎡ ⎤⎡ ⎤ = + + −⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ = 6 30 30 30 2.1 10 0.41 0.0032 (0.73 0.016 ) 20.42 1.6 1.6 73.4 2100 ×⎡ ⎤ + × + − × × =⎢ ⎥ ⎣ ⎦ Ổn định tổng thể của xà được đảm bảo. d)Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh và bản bụng tiết diện xà theo công thức ổn định của dầm:
39. 39. Đồ án kết cấu thép 2 - 38 - Bản cánh: 0f f b E 0.5 t f ≤ ; f w 0f b t 30 1 b 15 2 2 − − = = = cm; 6 0f f b 15 2.1 10 9.06 0.5 15.81 t 1.6 2100 × = = < = (Thoả mãn) - Bản bụng xà: w w h E 3.2 t f ≤ ; 6 w w h 71.8 2.1 10 71.8 3.2 101.2 t 1 2100 × = = < = (Thoả mãn) 5.2.2. Kiểm tra tiết diện nhỏ a) Thông số chung - Nội lực tính toán tại tiết diện đoạn thay đổi: M = 12032 daN.m; N = 1627 daN; V = 2213 daN - Kích thước hình học tiết diện: Hình 5.3. Tiết diện đoạn xà có tiết diện không đổi Bảng 5.7. Kích thước hình học tiết diện C.cao TD Cánh trên Bản bụng Cánh dưới h (mm) bf (mm) tf (mm) hw (mm) tw (mm) bf (mm) tf (mm) 450 300 16 418 10 300 16 - Đặc trưng hình học tiết diện xà: Bảng 5.8. Đặc trưng hình học tiết diện Jx Wx Jy Wy A Sx Sx f (cm4 ) (cm3 ) (cm4 ) (cm3 ) (cm2 ) (cm3 ) (cm3 ) 51312.1 2280.5 7203.5 480.2 137.8 1260 1041.6 Độ lệch tâm tương đối: 2 12032 10 137.8 44.7 1627 2280.5 × = = × = × =x x e M A m N Wρ
40. 40. Đồ án kết cấu thép 2 - 39 b) Kiểm tra điều kiện cường độ: + Điều kiện bền chịu uốn nén: σ γc n xn N M f. A W = + ≤ σ γ 2 2 c 1627 12032 10 539.4 f. 2100(daN / cm ) 137.8 2280.5 × = + = < = (Thoả mãn) + Điều kiện bền chịu cắt: τ γ 2x max v c x w V.S 2213 1260 54.34 f 1200(daN / cm ) I t 51312.1 1 × = = = < = × (Thoả mãn) + Điều kiện bền chịu đồng thời nén uốn và cắt: σ 2 2w 1 x hN M 1627 12032 10 41.8 . 538.6(daN / cm ) A W h 137.8 2280.5 45 × = + = + × = τ f 2x 1 x w V.S 2213 1041.6 44.9(daN / cm ) I t 51312.1 1 × = = = × σ σ τ γ 2 2 2 2 td 1 1 2 2 c 3 538.6 3 44.9 544.2(daN / cm ) 1.15f 2415(daN / cm ) = + = + × = < = (Thoả mãn) c) Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của xà: Xét tỉ số giới hạn kích thước bản cánh của tiết diện: 0 f l 118.2 3.94 b 30 = = < 0 f f f f f fk l b b b E 0.41 0.0032 (0.73 0.016 ) b t t h f ⎡ ⎤⎡ ⎤ = + + −⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ = 6 30 30 30 2.1 10 0.41 0.0032 (0.73 0.016 ) 24.26 1.6 1.6 43.4 2100 ×⎡ ⎤ + × + − × × =⎢ ⎥ ⎣ ⎦ Ổn định tổng thể của xà được đảm bảo. d)Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh và bản bụng tiết diện xà theo công thức ổn định của dầm: - Bản cánh: 0f f b E 0.5 t f ≤ ; f w 0f b t 30 1 b 15 2 2 − − = = = cm; 6 0f f b 15 2.1 10 9.06 0.5 15.81 t 1.5 2100 × = = < = (Thoả mãn) - Bản bụng xà Theo công thức ổn định của dầm: w w h E 3.2 t f ≤ ; 6 w w h 41.8 2.1 10 41.8 3.2 101.2 t 1 2100 × = = < = (Thoả mãn)
41. 41. Đồ án kết cấu thép 2 - 40 5.2.3 Tính liên kết hàn bản cánh và bản bụng xà Liên kết bản cánh và bụng xà chịu lực cắt V, chọn cặp nội lực gây cắt lớn nhất tại tiết diện thay đổi để tính: (M = 3814 daN.m; N = 6996 daN; V = 4031 daN) Chiều cao đường hàn cánh – bụng β γ v f f w min x c V .S h 2.( .f ) .I . ≥ Trong đó: Vv = 4031 daN Sf = 1041.6 cm3 – Mô men tĩnh của 1 bản cánh dầm với trục x-x. ( )β w min .f = 1260 – Cường độ tính toán đường hàn với quen hàn N42. f 4031 1041.6 h 0.032cm 2 1260 51312.1 1 × → ≥ = × × × Liên kết cánh và bụng cột được lấy theo cấu tạo: đường hàn dài suốt chiều dài cột và lấy hf = 6 mm. 5.3. Kiểm tra chuyển vị ngang tại cao trình đỉnh cột 1 H 300 ≤ Trong đó: ∆ - là chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cột do tổ hợp nguy hiểm nhất của tải trọng tiêu chuẩn gây ra. H - là chiều cao cột. - Giá trị ∆ tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng gió: ∆ = 2.73 46.29 36.1 1.1 1.2 − + = mm 36.1 1 1 H 11400 315 300 ∆ → = = > (Thoả mãn) - Giá trị ∆ tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng cầu trục: ∆ = 2.73 3.32 0.54 1.1 1.1 − + = mm 0.54 1 1 H 11400 21111 300 ∆ = = < (Thoả mãn) - Giá trị ∆ tính theo tổ hợp tĩnh tải với tải trọng gió và tải trọng cầu trục: ∆ = 2.73 46.29 3.32 0.5 28.31 1.1 1.2 1.1 − + × + = mm 28.31 1 1 H 11400 402 300 ∆ = = < (Thoả mãn)
42. 42. Đồ án kết cấu thép 2 - 41 6. Tính các chi tiết 6.1. Chân cột ngàm với móng 6.1.1. Nội lực tính toán - Cặp nội lực 1 có Nmax và Mtư, Vtư: N1 = -26977 daN ; M1 = 18795 daNm; V1 = 4452 daN - Cặp nội lực 2 có |M|max và Ntư, Vtư: M2 = 68385 daNm; N2 = 294 daN; V2 = 13704 daN a) Tính bản đế - Chọn bề rộng bản đế lớn hơn bề rộng cột 20cm: B= bc + 20= 30 + 20= 50cm - Chiều dài bản đế tính theo công thức: ψ ψ ψ 2 b,loc b,loc b,loc N N 6.M L 2.B. .R 2.B. .R B. .R ⎛ ⎞ = + +⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠ Trong đó: Rb,loc - là cường độ chịu nén tính toán cục bộ của bê tông móng: Rb,loc = α.ϕb.Rb Đối với bê tông có cấp độ bền B15: α = 1; Rb =85 daN/cm2 ; Rbt =7.5 daN/cm2 3 bd m b A A =ϕ ≤ 1.5 ; (Am diện tích mặt móng). Tạm lấy ϕb =1.2 →Rb,loc = α.ϕb.Rb = 1x1.2x85 = 102 daN/cm2 Ψ - Hệ số phụ thuộc đặc điểm phân bố tải trọng; phân bố không đều Ψ = 0.75 Với cặp nội lực 1: 2 2 26977 26977 6 18795 10 L 57.94cm 2 50 0.75 102 2 50 0.75 102 50 0.75 102 × ×⎛ ⎞ = + + =⎜ ⎟× × × × × × × ×⎝ ⎠ Với cặp nội lực 2: 2 2 294 294 6 68385 10 L 103.53cm 2 50 0.75 102 2 50 0.75 102 50 0.75 102 − − × ×⎛ ⎞ = + + =⎜ ⎟× × × × × × × ×⎝ ⎠ →Chọn L = 105 cm - Ứng suất dưới bản đế, chọn cặp nội lực thứ 2 để tính toán: σ 2 max 2 2 N 6.M 294 6 68385 10 74.35 B.L B.L 50 105 50 105 − × × = + = + = × × < ΨRb,loc= 76.5daN/cm2 σ 2 min 2 2 N 6.M 294 6 68385 10 74.49 B.L B.L 50 105 50 105 − × × = − = − = − × × daN/cm2 σ σmin max≥
43. 43. Đồ án kết cấu thép 2 - 42 Khoảng cách y1 từ mép ngoài bản đế (điểm có σmin ) đến điểm ứng suất bằng 0: 1 74.49 y 105 52.54cm 74.35 74.49 = × = + - Chọn chiều dày dầm đế tdđ bằng chiều dày bản bụng tdđ= 12mm, chiều dày sườn đỡ tsđ= 10mm, các sườn đỡ bố trí cách nhau 120mm (khoảng cách bên trong). Kích thước cụ thể như hình vẽ: Hình 6.1. Sơ đồ tính toán chân cột Để tính chiều dày bản đế, tính ứng suất lớn nhất tại biên mỗi ô bản. Ứng suất tại mép cột: σ 2 c 37.54 74.49 53.22(daN / cm ) 52.54 = × =
44. 44. Đồ án kết cấu thép 2 - 43 - Tính mô men uốn (trên một đơn vị dài) trong các ô bản đế: + Ô 1 (bản kê 3 cạnh) có tỷ lệ: b2/a2= 24.4/24.5= 0.996; tra bảng ta có αb 0.112= M= 0.112x53.22x24.52 = 3578.02daN.cm/cm + Ô 2 (bản kê 3 cạnh) có tỷ lệ: b2/a2= 13.8/12= 1.15; tra bảng ta có αb 0.116= M= 0.116x74.49x122 = 1244.26 daN.cm/cm + Ô 3 (bản kê 2 cạnh kề nhau): 2 2 2a 11.5 13.8 17.96cm= + = ; 2 11.5 b 13.8 8.83 17.96 = × = b2/a2= 8.83/19.76= 0.492 <0.5; Tính mô men uốn như công sôn có nhịp bằng cạnh ngàm ngắn của ô: M= 74.49x11.52 /2= 4925.56daN.cm/cm Chọn Mmax= 4925.56daN.cm/cm, ta có chiều dày bản đế tính theo công thức: bd c 6M 6 4925.56 t 3.84(cm) f 2000.1 × = = = γ (Dùng cường độ tính toán f= 2000daN/cm2 vì chiều dày tấm thép lớn hơn 20mm). Chọn chiều dày bản đế tbđ= 40mm. b) Tính dầm đế Dầm đế được hàn vào bản cánh cột. Chiều dày bản cánh cột bằng 20mm, do đó chiều cao nhỏ nhất của đường hàn góc là hf,min= 7mm. Chọn hf= 8mm. Chiều cao dầm đế theo điều kiện truyền lực: Ndđ= N/2 + M/hc Với hc= 73cm là khoảng cách trọng tâm 2 cánh cột. Ndđ= -294/2 + 6838500/73= 93531.1daN ( ) dd dd w f N 93531.1 h 1 1 47.4cm 2. f .h 2 1260 0.8 = + = + = β × × Ở đây ( ) 2 w min .f 0.7 1800 1260daN / cmβ = × = Chọn hdđ= 50cm. Tải trọng gây uốn lấy gần đúng phân bố đều, có giá trị bằng: q= 74.49x(15+24.5/2)= 2029.82daN/cm Trong đó 15+24.5/2= 27.25 là khoảng cách từ giữa ô 1 đến mép ngoài bản đế (vùng ứng suất tác dụng lên dầm đế). Dầm đế tính như công sôn ngàm tại cánh cột, nhịp tính toán: (50-30)/2= 10cm Mô men uốn dầm đế:
45. 45. Đồ án kết cấu thép 2 - 44 2 dd 2029.82 10 M 101491daN.cm 2 × = = Kiểm tra uốn dầm đế: 2 2dd dd 2 2 dd dd 6.M 6 101491 203daN / cm 2100daN / cm t .h 1.2 50 × σ = = = < × (Thỏa mãn) c) Tính bu lông - Tính bu long neo: Để tính bu long neo cần chọn cặp nội lực (M,N) tại chân cột gây kéo lớn nhất giữa bản đế và móng (M lớn nhất, N nhỏ nhất). Từ bảng tổ hợp nội lực ta có cặp nội lực nguy hiểm nhất là: M2 = 68385 daNm; N2 = 294 daN; V2 = 13704 daN. Trong đó: Ntt = -8833 daN; Nht = 9127 daN; Mtt = -8627 daNm; Mht = 77012 daNm; Lực tính bu lông neo: tt t ht N 8833 N 0.9 N 0.9 9127 1900daN 1.1 1.1 − = × + = × + = tt t ht M 8627 M 0.9 M 0.9 77012 69953.5daNm 1.1 1.1 − = × + = × + = Bulông chịu lực nhổ Nt = 1900 daN và mômen tương ứng Mt = 69953.5 daNm Ứng suất dưới bản đế: σ 2 2 max 2 2 N 6.M 1900 6 69953.5 10 75.8daN / cm B.L B.L 50 105 50 105 − × × = + = + = × × σ 2 2 min 2 2 N 6.M 1900 6 69953.5 10 76.5daN / cm B.L B.L 50 105 50 105 − × × = − = − = − × × Khoảng cách y2 từ mép ngoài bản đế (điểm có σmax ) đến điểm ứng suất bằng 0: 2 75.8 y 105 52.25cm 75.8 76.5 = × = + Khoảng cách từ điểm đặt của lực dọc đến trọng tâm biểu đồ ứng suất nén: 2yL 105 52.25 a 35.08cm 2 3 2 3 = − = − = Bố trí bu lông neo cách mép ngoài bản đế 5cm, khoảng cách từ bu lông neo đến trọng tâm biểu đồ ứng suất nén: y= 5 + 105/2 + 35.08= 92.58cm Lực gây kéo cho bu lông: bl 6995350 1900 35.08 N 76277.4daN 92.58 + × = =
46. 46. Đồ án kết cấu thép 2 - 45 Dùng bu lông neo làm từ mác 16MnSi có fba= 1900daN/cm2 , diện tích yêu cầu của bu lông là : Abl= 76277.4/1900= 40.15cm2 . Chọn 2 bu lông đường kính 56mmφ = (Diện tích 2An= 2x20.5= 41cm2 ). - Tính sườn đỡ bu lông: Chiều dày sườn đỡ bu lông đã chọn tsđ= 10mm, chiều cao sườn đỡ chọn bằng chiều cao dầm đế: hsđ= 50cm. Mô men uốn do lực kéo của bu lông (cánh tay đòn từ trục bu lông đến dầm đế là 18.8cm) gây ra: M= 76277.4x18.8= 1434016daN.cm + Kiểm tra chiều dày sườn đỡ (mô men M phân bố đều cho 3 sườn đỡ): sd 2 2 sd c 3.(M / 3) 1434016 t 0.27cm h .f. 50 2100 ≥ = = γ × Chiều dày sườn đỡ đã chọn tsđ= 10mm= 1cm đủ khả năng chịu lực. + Kiểm tra liên kết hàn giữa sườn đỡ và dầm đế: Chọn chiều cao đường hàn hf= 9mm. Sườn đỡ bu lông ở giữa hàn trước vào chân cột nên sẽ có 2 đường hàn 2 bên, 2 sườn đỡ còn lại có thêm 2 đường hàn bên ngoài. Tính mô men kháng uốn, diện tích tiết diện 4 đường hàn góc: 2 2 3sd wf f f (h 1) (50 1) W 4. .h . 4 0.7 0.9 1008.4cm 6 6 − − = β = × × × = 2 wf f f sdA 4. .h .(h 1) 4 0.7 1.1 (50 1) 123.5cm= β − = × × × − = 2 2 2 2 bl sd wf wf 2 2 wf c NM 1434016 76277.4 W A 1008.4 123.5 1550.4daN / cm f . 1800.1daN / cm ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ τ = + = +⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠ = < γ = (Thỏa mãn) - Tính bộ phận đỡ ê cu: Do lực kéo trong bu lông tương đối lớn nên dùng 2 thép hình C12 (có Wx= 2x50.6cm3 ), kê lên 2 sườn đỡ, nhịp dầm bằng 13cm (khoảng cách trục 2 sườn đỡ). Mô men uốn do lực kéo bu lông: bl max 3.N .l 3 76277.4 13 M 185926.3(daN.cm) 16 16 × × = = = Ứng suất trong thép hình: 2 2185926.3 1837.2(daN / cm ) 2100(daN / cm ) 2 50.6 σ = = < × (Thỏa mãn) d) Tính sườn ngăn Sườn làm việc như công sôn ngàm tại bản bụng cột, nhịp dầm bằng 24.4cm, chịu lực tác dụng là ứng suất nén dưới bản đế. Gần đúng, coi tải trọng phân bố đều, giá trị σ
47. 47. Đồ án kết cấu thép 2 - 46 ở giữa ô, chiều dài bằng đoạn phân bố ứng suất nén tại điểm cách mép ngoài bản đế một đoạn 15 + 24.5/2 = 27.25cm. (105 52.54) 27.25 0.4806 74.35 105 52.54 σ − − = = − 2 74.35 0.4806 35.74(daN / cm )σ = × = Tải trọng tác dụng lên sườn ngăn : q= 35.74x (105- 52.54- 27.25)= 901.1(daN/cm) 2 901.1 24.4 M 268235.8(daNcm) 2 × = = V= 901.1x 24.4= 21986.5daN Tính chiều cao sườn ngăn : sn sn c 6.M 6 268235.8 h 27.68cm t .f. 1 2100 1 × ≥ = = γ × × Chọn hsn= 35cm. Kiểm tra 2 đường hàn liên kết sườn ngăn vào bản bụng cột. Chọn chiều cao đường hàn hf= 7mm, lw= 35- 1= 34cm. 2 2 td 2 2 f f w f f w 2 2 6.M V 6 268235.8 21986.5 2. .h .l 2. .h .l 2 0.7 0.7 34 2 0.7 0.7 34 1566.4daN / cm 1800.1daN / cm ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ×⎛ ⎞ ⎛ ⎞ τ = + = +⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟β β × × × × × ×⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠ = < (Thỏa mãn) e) Tính đường hàn liên kết cột vào bản đế chịu mômen, lực dọc và lực cắt Tra bảng 43 TCXDVN338:2005, có chiều cao nhỏ nhất của đường hàn là 9 mm (hàn tay) khi chiều dày lớn nhất (bản đế) là 40mm. Chiều cao lớn nhất đường hàn theo chu vi cánh cột với bản đế là : 1.2xtmin = 1.2xtf = 1.2x20 = 24mm Chiều cao lớn nhất đường hàn bụng cột với bản đế : 1.2xtmin = 1.2xtw = 1.2x12 = 14.4mm Chọn chiều cao đường hàn 10 mm, các kích thước đường hàn ghi trên hình 6.1. 2 wA 2 0.7 1 (30 29) 2 0.7 1 69 179.2(cm )= × × × + + × × × = 3 2 2 w 4 0.9 69 I 2 0.7 (29 1 35 30 0.9 38 ) 12 148709.1(cm ) × = × × × × + × × + = 3w w c I 2 148709.1 2 W 3862.6(cm ) h 2 1 77 × × = = = + ×
48. 48. Đồ án kết cấu thép 2 - 47 Cặp nội lực để tính đường hàn: M2 = 68385 daNm; N2 = 294 daN; V2 = 13704 daN 2 2 2 2 2v hl w w w 2 2 VM N 68385 10 294 13704 ( ) ( ) ( ) ( ) W A A 3862.6 179.2 179.5 1773.7daN / cm 1800.1daN / cm × τ = + + = + + = < (Thỏa mãn) Hình 6.2. Chi tiết chân cột. 6.2. Tính dầm cầu trục và vai cột Chọn dầm cầu trục có tiết diện chữ I: h= 75cm; bf= 30cm; tf= 1.4cm; tw= 1cm Do cầu trục sử dụng có sức trục nhỏ (Q= 8T), nên chọn tiết diện dầm hãm chính là cánh trên của dầm cầu trục. Dầm cầu trục làm việc như dầm đơn giản, gối tại vai cột. Liên kết cánh trên của dầm cầu trục với cánh cột bằng thép góc L90x9 và bản thép tiết diện 170x120x10.
49. 49. Đồ án kết cấu thép 2 - 48 Hình 6.3. Sơ đồ kiểm tra ứng suất tiết diện dầm cầu trục theo giả thiết đơn giản. a). Kiểm tra dầm cầu trục theo điều kiện bền: - Nội lực tính toán do áp lực thẳng đứng P gây ra: Với dầm đơn giản, nội lực tính toán được xác định dựa theo nguyên tắc Vinkle, tức là mô men Mmax sẽ xuất hiện nếu như hợp lực R của tất cả các lực tác dụng trên dầm đối xứng qua điểm giữa dầm với một lực P gần R nhất, thì tại tiết diện đặt lực P đó sẽ có giá trị Mmax. Theo đó ta xác định được vị trí tải trọng nguy hiểm như sau: Hình 6.4. Mô men uốn lớn nhất.
50. 50. Đồ án kết cấu thép 2 - 49 Dựa vào sơ đồ tải trọng trên ta tính được mô men lớn nhất trong dầm là: Mmax = 6.47P daNm Trong đó: P= k1.n.nc.Pmax k1: Hệ số động lực, với dầm cầu trục làm việc trung bình k1= 1. n= 1.1: Hệ số vượt tải nc: Hệ số tổ hợp, khi tính với 2 câu trục làm việc trung bình nc= 0.85 Pmax= 5900daN. →Mmax= 6.47x1x1.1x0.85x5900= 35691.8daNm Lực cắt lớn nhất Qmax trong dầm đơn giản sẽ xuất hiện khi có một trong số các lực tác dụng đặt trực tiếp lên gối, các lực còn lại đặt gần gối nhất. Hình 6.5. Lực cắt lớn nhất. Dựa vào sơ đồ trên tính được lực cắt lớn nhất trong dầm là: Qmax= 2.4P= 2.4x1x1.1x0.85x5900= 13239.6daN Mômen uốn và lực cắt tính toán: Mx = 1.03Mmax = 36762.5 daNm; Qx =1.03Qmax = 13636.8 daN. - Nội lực tính toán do lực hãm ngang T gây ra: Vì điểm đặt lực ngang T cùng vị trí với áp lực thẳng đứng P nên mô men uốn tính toán My và lực cắt tính toán Qy do lực hãm ngang T gây ra cũng được xác định như khi tính Mmax và Qmax. 2 1 y max max 1 max k TT 1 270 M M M 35691.8 1633.4daNm P k P 1 5900 × = = = × = × 2 1 y max max 1 max k TT 1 270 Q Q Q 13239.6 605.9daN P k P 1 5900 × = = = × = × - Do dầm cầu trục có tiết diện đối xứng nên ứng suất pháp lớn nhất tại điểm A ở cánh trên dầm cầu trục chịu uốn đồng thời Mx và My : yx t A A x y,dh 2 2 MM 3676250 163340 W W 3870.2 210 1727.7daN / cm 2100daN / cm σ = + = + = < (Thỏa mãn) Trong đó : A 3 xW 3870.2cm= - mômen chống uốn với trục x-x của tiết diện dầm cầu trục tại thớ trên dầm,
51. 51. Đồ án kết cấu thép 2 - 50 A 3 y,dhW 210cm= - mômen chống uốn với trục y-y của tiết diện dầm hãm lấy tại điểm A, ở đây chính là tiết diện cánh trên dầm cầu trục. - Ứng suất tiếp ở bụng dầm cầu trục kiểm tra theo lực cắt lớn nhất Qx : 2 2x x w Q .S 13636.8 2197.2 206.5daN / cm 1200daN / cm I .t 145133.8 1 × τ = = = < × (Thỏa mãn) Trong đó : Ix : Mômen quán tính của tiết diện dầm cầu trục Sx : Mômen tĩnh của một nửa tiết diện dầm cầu trục đối với trục x. - Kiểm tra ứng suất cục bộ ở bản bụng dầm, chỗ tiếp giáp với bản cánh do tác dụng trực tiếp của áp lực bánh xe : 1 1 cb.y 3 w p 33 w w 2 2 .P .P 1.1 (5900 1.1 0.85) t .z I 2864.73 30 1.4 /12 1 3.25t .c. 1t 131.38daN / cm 2100daN / cm γ γ × × × σ = = = + × × × = < (Thỏa mãn) Ip – Tổng mômen quán tính bản thân cánh dầm cầu trục và ray, c =3.25 đối với dầm tổ hợp hàn. - Kiểm tra ứng suất tương đương tại vị trí tiếp giáp giữa bản bụng và cánh dầm cầu trục : 1 cb.y 2 2 2 tđ x cb.y 1 c. 3. fσ = σ + σ − σ σ + τ ≤ γ 2x w 1 1 x M h 3676250 72.2 . 914.4daN / cm W h 3870.2 75 σ = = × = 2x 1 x w Q .S 13636.8 1545.6 145.2daN / cm I .t 145133.8 1 × τ = = = × 2 2 2 tđ 2 2 c 914.4 131.38 914.4 131.38 3 145.2 892.5daN / cm 1.15f 1.15 2100 2415daN / cm σ = + − × + × = ≤ γ = × = - Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh và bản bụng của dầm cầu trục: + Bản cánh dầm cầu trục: 0f f b E 0.5 t f ≤ ; f w 0f b t 30 1 b 14.5 2 2 − − = = = cm; 6 0f f b 14.5 2.1 10 10.36 0.5 15.81 t 1.4 2100 × = = < = (Thoả mãn) - Bản bụng dầm cầu trục:
52. 52. Đồ án kết cấu thép 2 - 51 w w h E 3.2 t f ≤ ; 6 w w h 72.2 2.1 10 72.2 3.2 101.2 t 1 2100 × = = < = (Thoả mãn) b. Tính vai cột: - Khoảng cách e từ tâm ray đến mép trong cột: e = ch−λ = 100 – 75 = 25cm - Mô men uốn và lực cắt tại tiết diện ngàm: Mv = (Dmax + Gdct).e ; M = (16402.4+1687.5)x25 = 452247.5daN.cm Vv = (Dmax + Gdct ); V = 16402.4+1687.5= 18089.9 kN - Sơ bộ chọn chiều dày bản cánh dầm vai tf = 12 mm, tính chiều dày cần thiết bản bụng dầm vai: γ max dct w dct f f c c D G 16402.4 1687.5 t 0.16cm (b 2t ).f . (30 2 1.2) 3460 1 + + ≥ = = + + × × × (fc – cường độ tính toán của thép khi ép mặt tì đầu = 3460 daN/cm2 ) Chọn tw = 8 mm. - Chọn chiều cao dầm vai tại điểm đặt Dmax: h=30 cm. Chọn sơ bộ góc nghiêng bản cánh dưới với phương ngang α=200 thì chiều cao dầm vai tại tiết diện ngàm: hdv= 30+ 25.tg200 = 39.1 cm. Chọn hdv = 42 cm > e = 25 cm (hình 6.3). - Diện tích yêu cầu của bản cánh: γ dv dv 3 wyc 2dvv f 2 c t .hhM 2 452247.5 0.8 42 A ( . ) 0.47cm f. 2 12 h 2100 1 42 6 × ≈ − = − = − × × . Chọn bản cánh dầm vai: bf x tf = 30x1.2 cm; Af = 36cm2 > -0.47cm2 . Hình 6.6. Sơ đồ tính toán vai cột.
53. 53. Đồ án kết cấu thép 2 - 52 * Kiểm tra tiết diện vừa chọn: (bỏ qua trọng lượng bản thân dầm vai): - Tiết diện ngàm Bảng 6.1. Đặc trưng hình học tiết diện dầm vai tại ngàm Ix Wx Iy Wy A Sx Sf (cm4 ) (cm3 ) (cm4 ) (cm3 ) (cm2 ) (cm3 ) (cm3 ) 34112.1 1624.4 5401.7 360.1 103.7 891.2 734.4 σ 2 2v x M 452247.5 278.4daN / cm 2100daN / cm W 1624.4 = = = < τ 2 2v x x w V .S 18089.9 891.2 590.7daN / cm 1200daN / cm I .t 34112.1 0.8 × = = = < × - Kiểm tra ứng suất tương đương: σ 2v w 1 x M h 452247.5 39.6 . 262.5daN / cm W h 1624.4 42 = = × = τ 2v f 1 x w V .S 18089.9 734.4 486.8daN / cm I .t 34112.1 0.8 × = = = × σ σ τ2 2 2 2 tđ 1 1 2 2 3. 262.5 3 486.8 883.1daN / cm 1.15 2100 2415daN / cm = + = + × = < × = - Kiểm tra ứng suất tiếp tại tiết diện bé: Bảng 6.2. Đặc trưng hình học tiết diện dầm vai tại vị trí dầm cầu trục Ix Wx Iy Wy A Sx Sf (cm4 ) (cm3 ) (cm4 ) (cm3 ) (cm2 ) (cm3 ) (cm3 ) 16340.2 1089.4 5401.2 360.1 94.1 594.6 518.4 τ 2 2v x x w V .S 18089.9 594.6 822.8daN / cm 1200daN / cm I .t 16340.2 0.8 × = = = < × - Kiểm tra ổn định cục bộ: + Bản cánh: f f b t = 6 30 2.1 10 25 31.6 1.2 2100 × = < = ; bản cánh ổn định cục bộ. + Bản bụng: w w h t = 6 39.6 2.1 10 49.5 2.2 69.6 0.8 2100 × = < = ; bản bụng ổn định cục bộ. - Chiều cao đường hàn cánh – bụng β γ v f f w min x c V .S 18089.9 518.4 h 0.23cm 2.( .f ) .I . 2 1260 16340.2 1 × ≥ = = × × ×
54. 54. Đồ án kết cấu thép 2 - 53 Chọn hf = 6 mm. * Tính liên kết hàn giữa dầm vai và cánh cột - Chọn chiều cao đường hàn hf = 6 mm. ta có: 2 wA 2 0.7 0.6 (29 26 38) 78.12cm= × × × + + = 3 2 2 4 w 0.6 38 I 2 0.7 (29 0.6 21 26 0.6 19.8 ) 23146cm 12 × = × × × × + × × + = 3w w I 23146 W 1102.2cm h / 2 21 = = = cm3 ; τ 2 2 2 2v v hl w w 2 2 M V 452247.5 18089.9 ( ) ( ) ( ) ( ) W A 1102.2 78.12 471.14daN / cm 1800daN / cm = + = + = < * Kiểm tra ứng suất tương đương ở bản bụng cột: Trong bản bụng cột, chỗ liên kết với cánh của dầm vai, sẽ chịu thêm lực ngang (do mô men dầm vai chia thành lực H = Mdv/hdv) nên xuất hiện trạng thái ứng suất phức tạp. Do đó phải kiểm tra ứng suất tương đương theo công thức sau: σ σ τ γ2 2 tđ c3. 1,15.f.= + ≤ ; ở đây: σ cot cot M N W A = + ; τ b (V H) A + = ; Ta có: M= 21628daNm, N= 24521daN; V= 4640daN - là nội lực cột tại vị trí liên kết cánh dầm vai với cột; Wcot = 5218.7cm3 – mô men chống uốn của tiết diện cột; Acot= 205.2cm2 , Ab= 85.2cm2 - lần lượt là diện tích tiết diện cột và bụng cột. Lực ngang do dầm vai tác dụng vào cột: 452247.5 H 10767.8daN 42 = = σ 2 221628 10 24521 533.9daN / cm 5218.7 205.2 × = + = τ 24640 10767.8 180.4daN / cm 85.2 + = = σ σ τ2 2 2 2 tđ 2 2 3. 533.9 3 180.4 618.6daN / cm 1.15 2100 2415daN / cm = + = + × = < × = * Kích thước sườn: - Gia cường cho dầm vai: Chiều cao: hs = h-2.tf = 30 – 2*1.2= 27.6cm; Bề rộng: s s h 276 b 40 40 49.2 30 30 ≥ + = + = mm. Chọn bs = 12 cm; Chiều dày ts chọn theo điều kiện ổn định cục bộ của sườn: s s b E 0.5 t f ≤ ; ta có: s 6 12 2100 t 0.759 0.5 2.1 10 ≥ × = ×
55. 55. Đồ án kết cấu thép 2 - 54 Chọn ts = 0.8 cm. - Gia cường cho bụng cột: Chiều cao hs = hwc= 71cm; Bề rộng w s h 710 b 40 40 63.67 30 30 ≥ + = + = mm.Chọn bs=(bf–tw)/2= (30-1.2)/2= 14.4cm Chiều dày s 6 14.4 2100 t 0.91 0.5 2.1 10 ≥ × = × . Chọn chiều dày ts= 1 cm. Hình 6.7. Chi tiết vai cột
56. 56. Đồ án kết cấu thép 2 - 55 6.3. Chi tiết liên kết xà với cột Hình 6.8. Sơ đồ bố trí bu lông liên kết xà cột Nội lực đỉnh cột: M= 29990daN.m (kéo phía trong, nén phía ngoài); N= 5766daN (kéo); V = 2949daN. a) Theo quan niệm tính thứ nhất: Coi liên kết xoay quanh hàng bulông ngoài cùng. * Chọn và kiểm tra bu lông: Chọn 12 bu lông đường kính φ22 loại 8.8 và bố trí bulông như hình vẽ 6.4, có: Diện tích thực của bu lông Abn= 3.52cm2 ; diện tích nguyên của bu lông Abl=4.52cm2 ; cường độ tính toán chịu kéo của bu lông là ftb = 4000daN/cm2 ; cường độ tính toán chịu cắt của bu lông là fvb = 3200daN/cm2 . - Kiểm tra bu lông chịu kéo: Lực kéo lớn nhất ở hàng bulông ngoài cùng, bỏ qua ảnh hưởng của các bu lông ở miền chịu nén (gần tâm quay): (h1= 74cm; h2= 62cm; h3 = 50cm). ( ) 1 bmax 2 2 2 2 i M N.e .h (2999000 5766 43.5) 74 N 10173daN 2. h 2 (74 62 51 ) + + × × = = = × + +∑ Khả năng chịu kéo của bulông: [N]tb = Abn.ftb = 3.52x4000 = 14080daN Điều kiện: [N]tb= 14080daN > Nbmax= 10173daN (Thỏa mãn) - Kiểm tra bu lông chịu cắt:
57. 57. Đồ án kết cấu thép 2 - 56 Lực cắt tác dụng lên một bu lông: vb 2949 N 246daN 12 = = Khả năng chịu cắt một bu lông: vb[N] 4.52 0.9 3200 13018daN= × × = Điều kiện: : [N]vb= 13018daN > 246daN (Thỏa mãn) * Tính bản bích: - Chiều dày bản bích: Lực kéo trong bulông ở các hàng tiếp theo: 1 2 2 1 N .h 10173 62 N 8523daN h 74 × = = = 1 3 3 1 N .h 10173 50 N 6874daN h 74 × = = = max bb bb g. N 16 2 10173 t 1,1. 1.1 1.43cm 2.(b g).f 2 (30 16) 2100 × × = = = + × + × ∑ i bb bb g. N 16 2 (10173 8523 6874) t 1.1 1.1 2.26cm 2.(b g).f 2 (30 16) 2100 × × + + = = = + × + × ∑ Chọn tbb = 3cm. *Kiểm tra bulông với cặp nội lực: M= 25704daN.m; N= -7191daN (nén); V= -3840daN (Kéo phía ngoài, nén phía trong) 1 bmax 2 2 2 2 i M.h 2570400 74 N 8046daN 2. h 2 (74 61 49 ) × = = = × + +∑ < [N]tb = 14080daN (Thỏa mãn) b) Tính toán liên kết theo quan điểm thứ 2 (Viện Kết cấu thép Hoa kỳ - AISC) * Tính bu lông: - Phương trình hình chiếu các lực lên phương đứng: σ σ w n n f n t .y. .A N 3.Z 0 2 + − − = σ σ n n 1,2.y. 60 57.66 3.Z 0 2 → + + − = Ở đây: y – khoảng cách từ mép ngoài bản bụng cột vùng nén đến trục trung hòa; Af= bf .tf= 30x2= 60cm2 Rút gọn sẽ được phương trình: σ σn n60 0.6y 3Z 57.66+ − = − (kN) (1) - Phương trình cân bằng mô men với trọng tâm vùng ứng suất nén của một phần bản bụng: σn y y 2 71 y 3Z[75 (2 ) 19] 60 ( ) 29990 57.66 ( ) 3 3 2 2 3 − + − + × × + = + × − (kN.cm)
58. 58. Đồ án kết cấu thép 2 - 57 Rút gọn sẽ được phương trình: [ ] σ σn nZ 162 y 20y 60 32037 19.22y− + + = − (2) - Phương trình biến dạng: ε ε bl n C y = ⇒ σn bl Z 54 y . 2.A .E E y − = ; Trong đó: 55= 75 -18 -2 cm là khoảng cách từ hàng bu lông thứ 2 đến mép bản bụng chịu nén. Chọn sử dụng 12 bu lông đường kính φ24 loại 8.8 có: Diện tích thực của bu lông Abn =3.52cm2 ; diện tích nguyên của bu lông Abl= 4.52 cm2 ; cường độ tính toán chịu kéo của bu lông là ftb = 4000daN/cm2 . σ σn nZ 488.2 9.04 y = − (3) - Thay (3) vào (1) được: σ σ σ σ σ σ σ σ n n n n 2 n n n n 2 60 0.6y 3(488.2 9.04 ) 57.66 y 0.6 y 88.02 y 1464.5 57.66y 57.66y 0.6y 88.02y 1464.5 + − − = − → + − = − − → = + − (4) - Thay (3) vào (2): [ ] σ σ σ σn n n n(488.2 9.04 ) 162 y 20 y 60 32037 19.22y y − − + + = − Sau khi biến đổi và rút gọn được: σ 2 n 2 19.22y 32037y 29.04y 1892.7y 79088.4 − + = − + (5) - Cân bằng (4) và (5) có phương trình bậc 3 với y: 3 2 11.532y 19204.9y 2738911.3y 42357949.4 0− + + − = (6) - Dễ dàng giải (6) được nghiệm thích hợp: y = 14.09cm Do đó ứng suất nén trong bản cánh: σn 2 2 2 2 2 57.66y 57.66 14.09 0.6y 88.02y 1464.5 0.6 14.09 88.02 14.09 1464.5 7.724kN / cm 772.4daN / cm 2100daN / cm − − × = = + − × + × − = = < - Lực kéo tại hàng bu lông thứ hai: σ σn n 7.724 Z 488.2 9.04 488.2 9.04 7.724 197.8kN y 14.09 = − = × − × =
59. 59. Đồ án kết cấu thép 2 - 58 Z2= Z= 172.82 kN mỗi bu lông chịu 98.9kN = 9890daN - Lực kéo lớn nhất tại hàng bu lông ngoài cùng: 1 2 73 y 19 12 51.91 Z Z . 197.8 257.2kN 73 y 19 39.91 − − + = = × = − − Mỗi bu lông chịu 128.6kN = 12860daN - Lực kéo tại hàng bu lông thứ ba: 3 2 73 y 18 12 27.91 Z Z . 197.8 138.3kN 73 y 18 39.91 − − − = = × = − − Mỗi bu lông 69.16kN = 6916daN Khả năng chịu kéo của bulông Φ24: [N]tb = Abn.ftb = 3.52x4000 = 14080daN > 2 , 2 , 2 321 ZZZ (Thỏa mãn) - Kiểm tra bu lông chịu cắt: Lực cắt tác dụng lên một bu lông: vb 2949 N 246daN 12 = = Khả năng chịu cắt một bu lông: vb[N] 4.52 0.9 3200 13018daN= × × = Điều kiện: : [N]vb= 13018daN > 246daN (Thỏa mãn) * Tính bản bích: Lực trong bu lông các hàng được phân phối cho bản cánh, bản bụng cột và sườn. Gọi L1, L2 là khoảng cách từ tâm bu lông đến trục bản bụng (hoặc sườn) và đến trục bản cánh cột thì lực trong bản bụng (P1) và bản cánh cột (P2) do lực kéo của bu lông là: 1 3 1 2 Z P L 1 L = ⎛ ⎞ + ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ và 2 3 2 1 Z P L 1 L = ⎛ ⎞ + ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ - Phân phối Z1 cho bụng và cánh cột: + Cho bụng: 1 3 128.6 P 38.15kN 8 1 ( ) 6 = = + + Cho cánh: 2 3 128.6 P 90.4kN 6 1 ( ) 8 = = + - Phân phối Z2 cho bụng và cánh cột: + Cho bụng: 1 3 98.9 P 90.9kN 8 1 ( ) 18 = = + kN
60. 60. Đồ án kết cấu thép 2 - 59 + Cho cánh: 2 3 98.9 P 8kN 18 1 ( ) 8 = = + - Vì bu lông ở hàng thứ ba tương đối xa bản cánh nên coi toàn bộ lực của bu lông phân cho bản bụng, bằng 69.16kN - Tính mô men uốn bản bích: + Do tải truyền vào bản cánh: 1 90.4 (6 0.25 2.4) M 244.2kNcm 2 × − × = = 2 8 (18 0.25 2.4) M 69.44kNcm 2 × − × = = Chiều dày bản bích: γ 2 1 2) bb i c 6.(M M 6 (244.2 69.44) 10 t 2.52cm b .f. 15 2100 1 + × + × = = = × × + Do tải truyền vào bản bụng: 90.9 (8 0.25 2.4) M 336.4kNcm 2 × − × = = Chiều dày bản bích: γ 2 bb i c 6.M 6 336.4 10 t 2.45cm b .f. 16 2100 1 × × = = = × × - Dùng bản bích có chiều dày tbb = 3cm. * Kiểm tra ứng suất trong các bộ phận do lực kéo của bu lông truyền vào: - Bản cánh: σ 2 2 290.4 8 3.28kN / cm 328daN / cm 2100daN / cm 15 2 + = = = < × - Bản bụng: σ 2 2 22 90.9 9.47kN / cm 947daN / cm 2100daN / cm 16 1.2 × = = = < × c) Tính liên kết đường hàn mặt bích với cột và xà: Tra bảng 43 TCXDVN338:2005 có chiều cao nhỏ nhất của đường hàn tự động là 7 mm khi chiều dày lớn nhất (bản bích) là 28 mm. Chiều cao lớn nhất đường hàn cánh cột với bản bích là : 1.2tmin = 1.2tf = 1.2x20 = 24mm chọn 8 mm Chiều cao lớn nhất đường hàn bụng cột với bản bích: 1.2tmin = 1.2tw= 1.2x12 = 14.4mm chọn 8 mm 2 wA 2 0.7 0.8 (29 27) 2 0.7 0.8 69 140cm= × × × + + × × × = 3 2 2 4 w 0.8 69 I 2 0.7 (29 0.8 38 27 0.8 35 ) 114606cm 12 × = × × × × + × × + =
61. 61. Đồ án kết cấu thép 2 - 60 3w w c I 2 114606 2 W 2992.3cm h 2 0.8 76.6 × × = = = + × Cặp nội lực tại vị trí liên kết cột với xà: M= -29990daN.m; N= 5766daN (kéo); V = 2949daN τ 2 2 2 2 2 hl w w w 2 2 M N V 29990 10 5766 2949 ( ) ( ) ( ) ( ) W A A 2992.3 140 140 1043.6daN / cm 1800daN / cm × = + + = + + = < * Tính liên kết đường hàn mặt bích với cột và xà bằng phương pháp gần đúng: Chọn chiều cao đường hàn cột với bản bích là hf = 8mm. Lực dọc N và mômen do đường hàn góc bản cánh chịu: c c tk N M 5766 2999000 N 43965.2daN 2 h 2 73 = + = + = Ứng suất trong đường hàn góc bản cánh: τ c c f f f f w 2 2 N 43965.2 h .(b 1) h .(b t 1) 0.8 29 0.8 27 981.4daN / cm 0.7 1800 1260daN / cm = = − + − − × + × = < × = Lực cắt do đường hàn bụng cột chịu: V= 2949daN Ứng suất trong đường hàn bản bụng: τ 2 2 w 2949 26.7daN / cm 1260daN / cm 2 0.8 69 == = < × × Đường hàn đủ khả năng chịu lực.
62. 62. Đồ án kết cấu thép 2 - 61 Hình 6.9. Chi tiết liên kết xà cột 6.4. Chi tiết nối xà Hình 6.5. Chi tiết nối xà Nội lực tại tiết diện thay đổi: M= 11439daNm (căng thớ biên phía dưới xà); N= 4327daN (kéo); V = 3707daN a)Tính toán liên kết theo quan niệm tính thứ nhất * Tính bu lông: Chọn 8 bu lông đường kính φ20 loại 8.8 và bố trí bulông như hình vẽ 6.5, có:
63. 63. Đồ án kết cấu thép 2 - 62 Diện tích thực của bu lông Abn= 3.14cm2 ; diện tích nguyên của bu lông Abl= 2.45cm2 ; cường độ tính toán chịu kéo của bu lông là ftb = 4000daN/cm2 ; cường độ tính toán chịu cắt của bu lông là fvb = 3200daN/cm2 . - Kiểm tra bu lông chịu kéo: Thiên về an toàn, xem bulon xoay quanh hàng bulon ở phía trong tiết diện xà. Lực kéo lớn nhất ở hàng bulông ngoài cùng: (h1= 44cm; h2= 31cm; y= 15.5cm): ( ) 1 bmax 2 2 2 i M N.y .h (1143900 4327 15.5) 44 N 9196daN 2. h 2 (31 44 ) + + × × = = = × +∑ Khả năng chịu kéo của bulông: [N]tb = Abn.ftb = 2.45x4000 = 9800daN Điều kiện: [N]tb= 9800daN > Nbmax= 9196daN (Thỏa mãn) - Lực cắt tác dụng lên một bu lông: vb 3707 N 463daN 8 = = Khả năng chịu cắt một bu lông: vb[N] 3.14 0.9 3200 9043daN= × × = Điều kiện: : [N]vb= 9043daN > 463daN (Thỏa mãn) * Tính bản bích: - Chiều dày bản bích: Lực kéo trong bulông ở các hàng tiếp theo: 1 2 2 1 N .h 9196 31 N 6479daN h 44 × = = = max bb bb g. N 16 2 9196 t 1,1. 1.1 1.36cm 2.(b g).f 2 (30 16) 2100 × × = = = + × + × ∑ i bb bb g. N 16 2 (9196 6479) t 1.1 1.1 1.77cm 2.(b g).f 2 (30 16) 2100 × × + = = = + × + × ∑ Chọn tbb = 2cm. Kiểm tra với cặp nội lực: M = 12032daN.m (căng thớ biên phía dưới xà); N = 1707daN (kéo); V = 2152daN Lực kéo lớn nhất ở 1 bulông hàng ngoài cùng: ( ) 1 bmax 2 2 2 i M N.y .h (1203200 1707 15.5) 44 N 8936daN 2. h 2 (31 44 ) + + × × = = = × +∑ Khả năng chịu kéo của bulông: [N]tb = Abn.ftb = 2.45x4000 = 9800daN Điều kiện: [N]tb= 9800daN > Nbmax= 8936daN (Thỏa mãn) - Lực cắt tác dụng lên một bu lông:
64. 64. Đồ án kết cấu thép 2 - 63 vb 2152 N 267daN 8 = = Khả năng chịu cắt một bu lông: vb[N] 3.14 0.9 3200 9043daN= × × = Điều kiện: : [N]vb= 9043daN > 267daN (Thỏa mãn) b) Tính toán liên kết theo quan điểm thứ 2 (Viện Kết cấu thép Hoa kỳ - AISC) Với cặp nội lực: M= 11439daNm (căng thớ biên phía dưới xà); N= 4327daN (kéo); V = 3707daN * Tính bu lông: - Phương trình hình chiếu các lực lên phương đứng: σ σ w n n f n t .y. .A N 2.Z 0 2 + − − = σ σ n n 1.y. 48 43.27 2.Z 0 2 → + + − = Ở đây: y – khoảng cách từ mép ngoài bản bụng cột vùng nén đến trục trung hòa; Af= bf .tf= 30x1.6= 48cm2 Rút gọn sẽ được phương trình: σ σn n48 0.5y 2Z 43.27+ − = − (kN) (1) - Phương trình cân bằng mô men với trọng tâm vùng ứng suất nén của một phần bản bụng: σn y y 1.6 45 y 2Z[45 (1.6 ) 0.5] 48 ( ) 11439 43.27 ( ) 3 3 2 2 3 − + − + × × + = + × − (kN.cm) Rút gọn sẽ được phương trình: σ σn n 2 Z 85.8 y 16y 38.4 12412.6 14.42y 3 ⎡ ⎤ − + + = −⎢ ⎥ ⎣ ⎦ (2) - Phương trình biến dạng: ε ε bl n C y = ⇒ σn bl Z 42.9 y . 2.A .E E y − = ; Trong đó: 42.9= 45 -0.5 -1.6 cm là khoảng cách từ trọng tâm 2 hàng bu lông đến mép bản bụng chịu nén. Chọn sử dụng 8 bu lông đường kính φ20 loại 8.8 có: Diện tích thực của bu lông Abn= 3.14cm2 ; diện tích nguyên của bu lông Abl= 2.45cm2 ; cường độ tính toán chịu kéo của bu lông là ftb = 4000daN/cm2 ; cường độ tính toán chịu cắt của bu lông là fvb = 3200daN/cm2 . σ σn nZ 210.2 4.9 y = − (3) - Thay (3) vào (1) được:
65. 65. Đồ án kết cấu thép 2 - 64 σ σ σ σ σ σ σ σ n n n n 2 n n n n 2 48 0.5y 2(210.2 4.9 ) 43.27 y 0.5 y 57.8 y 420.4 43.27y 43.27y 0.5y 57.8y 420.4 + − − = − → + − = − − → = + − (4) - Thay (3) vào (2): σ σ σ σn n n n 2 210.2 4.9 85.8 y 16y 38.4 12412.6 14.42y y 3 ⎛ ⎞⎡ ⎤ − − + + = −⎜ ⎟⎢ ⎥ ⎣ ⎦⎝ ⎠ Sau khi biến đổi và rút gọn được: σ 2 n 2 14.42y 12412.6y 19.26y 522.1y 18035 − + = − + (5) - Cân bằng (4) và (5) có phương trình bậc 3 với y: 3 2 7.21y 6206.2y 700919.2y 4437882.5 0− + + − = (6) - Dễ dàng giải (6) được nghiệm thích hợp: y = 6.01cm Do đó ứng suất nén trong bản cánh: σn 2 2 2 2 2 43.27y 43.27 6.01 0.5y 57.8y 420.4 0.5 6.01 57.8 6.01 402.4 4.732kN / cm 473.2daN / cm 2100daN / cm − − × = = + − × + × − = = < - Hợp lực lực kéo bu lông: σ σn n 4.732 Z 210.2 4.9 210.2 4.9 4.732 142.3kN y 6.01 = − = × − × = - Lực kéo lớn nhất tại hàng bu lông ngoài cùng: 1 49.4 y 43.39 Z Z. 142.3 167.37kN 49.4 y 6.5 36.89 − = = × = − − Mỗi bu lông chịu 83.68kN = 8368daN - Lực kéo tại hàng bu lông thứ hai: 2 49.4 y 13 30.39 Z Z. 142.3 117.22kN 49.4 y 6.5 36.89 − − = = × = − − Mỗi bu lông 58.61kN = 5861daN Khả năng chịu kéo của bulông Φ20: [N]tb = Abn.ftb = 2.45x4000 = 9800daN > 1 2Z Z , 2 2 (Thỏa mãn) - Lực cắt tác dụng lên một bu lông: vb 3707 N 463daN 8 = =
66. 66. Đồ án kết cấu thép 2 - 65 Khả năng chịu cắt một bu lông: vb[N] 3.14 0.9 3200 9043daN= × × = Điều kiện: : [N]vb= 9043daN > 463daN (Thỏa mãn) * Tính bản bích: Lực trong bu lông các hàng được phân phối cho bản cánh, bản bụng cột và sườn. Gọi L1, L2 là khoảng cách từ tâm bu lông đến trục bản bụng (hoặc sườn) và đến trục bản cánh cột thì lực trong bản bụng (P1) và bản cánh cột (P2) do lực kéo của bu lông là: 1 3 1 2 Z P L 1 L = ⎛ ⎞ + ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ và 2 3 2 1 Z P L 1 L = ⎛ ⎞ + ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ - Phân phối Z1 cho bụng và cánh cột: + Cho sườn: 1 3 83.68 P 31.83kN 8 1 ( ) 6.8 = = + + Cho cánh: 2 3 83.68 P 51.84kN 6.8 1 ( ) 8 = = + - Phân phối Z2 cho bụng và cánh cột: + Cho bụng: 1 3 58.61 P 18.61kN 8 1 ( ) 6.2 = = + + Cho cánh: 2 3 58.61 P 40kN 6.2 1 ( ) 8 = = + - Tính mô men uốn bản bích: + Do tải truyền vào bản cánh: 51.84 (6.8 0.25 2) M 163.3kNcm 2 × − × = = Hoặc: 40 (6.2 0.25 2) M 114kNcm 2 × − × = = Chiều dày bản bích: γ 2 bb i c 6.M 6 163.3 10 t 1.76cm b .f. 15 2100 1 × × = = = × × + Do tải truyền vào sườn: 31.83 (8 0.25 2) M 119.36kNcm 2 × − × = = Chiều dày bản bích: γ 2 bb i c 6.M 6 119.36 10 t 1.80cm b .f. 10.5 2100 1 × × = = = × ×
67. 67. Đồ án kết cấu thép 2 - 66 + Do tải truyền vào bản bụng: 18.61 (8 0.25 2) M 69.78kNcm 2 × − × = = Chiều dày bản bích: γ 2 bb i c 6.M 6 69.78 10 t 1.11cm b .f. 16 2100 1 × × = = = × × - Dùng bản bích có chiều dày tbb = 2cm. * Kiểm tra ứng suất trong các bộ phận do lực kéo của bu lông truyền vào: - Bản cánh: σ 2 2 251.84 40 3.06kN / cm 306daN / cm 2100daN / cm 15 2 + = = = < × - Sườn: σ 2 2 22 31.83 5.05kN / cm 505daN / cm 2100daN / cm 10.5 1.2 × = = = < × - Bản bụng: σ 2 2 22 18.61 1.93kN / cm 193daN / cm 2100daN / cm 16 1.2 × = = = < × c) Tính liên kết đường hàn mặt bích với xà: Tra bảng 43 TCXDVN338:2005 có chiều cao nhỏ nhất của đường hàn tự động là 6 mm khi chiều dày lớn nhất (bản bích) là 20 mm. Chiều cao lớn nhất đường hàn cánh cột với bản bích là : 1.2tmin = 1.2tf = 1.2x1.6 = 19.2mm chọn 8 mm Chiều cao lớn nhất đường hàn bụng cột với bản bích: 1.2tmin = 1.2tw= 1.2x10 = 12mm chọn 8 mm 2 wA 2 0.7 0.8 (29 27) 2 0.7 0.8 40 107.52cm= × × × + + × × × = 3 2 2 4 w 0.8 40 I 2 0.7 (29 0.8 23 27 0.8 20 ) 35252.3cm 12 × = × × × × + × × + = 3w w c I 2 35251.3 2 W 1512.9cm h 2 0.8 46.6 × × = = = + × Cặp nội lực tại vị trí liên kết xà: M= 11439daNm; N= 4327daN; V = 3707daN τ 2 2 2 2 2 hl w w w 2 2 M N V 11439 10 4327 3707 ( ) ( ) ( ) ( ) W A A 1512.9 107.52 107.52 797.1daN / cm 1800daN / cm × = + + = + + = < * Tính liên kết đường hàn mặt bích với cột và xà bằng phương pháp gần đúng: Chọn chiều cao đường hàn cột với bản bích là hf = 8mm. Lực dọc N và mômen do đường hàn góc bản cánh chịu: c c tk N M 4327 1143900 N 30684.1daN 2 2 43.4h = + = + = Ứng suất trong đường hàn góc bản cánh:
68. 68. Đồ án kết cấu thép 2 - 67 τ c c f f f f w 2 2 N 30684.1 h .(b 1) h .(b t 1) 0.8 29 0.8 27 684.9daN / cm 0.7 1800 1260daN / cm = = − + − − × + × = < × = Lực cắt do đường hàn bụng cột chịu: V= 3707daN Ứng suất trong đường hàn bản bụng: τ 2 2 w 3707 57.92daN / cm 1260daN / cm 2 0.8 40 == = < × × Đường hàn đủ khả năng chịu lực. 6.5. Chi tiết đỉnh xà Hình 6.6. Chi tiết đỉnh xà Nội lực tại đỉnh xà: M = 7278daN.m (căng thớ biên dưới xà); N = 2284daN (nén); V = 406daN a). Tính toán liên kết theo quan niệm tính thứ nhất * Tính bu lông: Chọn 8 bu lông đường kính φ20 loại 8.8 và bố trí bulông như hình vẽ 6.6, có: Diện tích thực của bu lông Abn= 3.14cm2 ; diện tích nguyên của bu lông Abl= 2.45cm2 ; cường độ tính toán chịu kéo của bu lông là ftb = 4000daN/cm2 ; cường độ tính toán chịu cắt của bu lông là fvb = 3200daN/cm2 . - Kiểm tra bu lông chịu kéo: Lực kéo lớn nhất ở hàng bulông ngoài cùng: (h1= 44.7cm; h2= 31.7cm; y= 15.8cm): 1 bmax 2 2 2 i M.h 727800 44.7 N 5417daN 2. h 2 (31.7 44.7 ) × = = = × +∑ Khả năng chịu kéo của bulông: [N]tb = Abn.ftb = 2.45x4000 = 9800daN Điều kiện: [N]tb= 9800daN > Nbmax= 5417daN (Thỏa mãn) - Lực cắt tác dụng lên một bu lông:
69. 69. Đồ án kết cấu thép 2 - 68 vb 406 N 51daN 8 = = Khả năng chịu cắt một bu lông: vb[N] 3.14 0.9 3200 9043daN= × × = Điều kiện: : [N]vb= 9043daN > 51daN (Thỏa mãn) * Tính bản bích: - Chiều dày bản bích: Lực kéo trong bulông ở các hàng tiếp theo: 1 2 2 1 N .h 9196 31.7 N 3841daN h 44.7 × = = = max bb bb g. N 16 2 5417 t 1,1. 1.1 1.04cm 2.(b g).f 2 (30 16) 2100 × × = = = + × + × ∑ i bb bb g. N 16 2 (5417 3841) t 1.1 1.1 1.36cm 2.(b g).f 2 (30 16) 2100 × × + = = = + × + × ∑ Chọn tbb = 2cm. Kiểm tra với cặp nội lực: M = -4848daN.m (căng thớ biên phía trên xà); N = 6273daN (nén); V = 1114daN Lực kéo lớn nhất ở 1 bulông hàng ngoài cùng: ( ) 1 bmax 2 2 2 i M N.y .h (484800 6273 15.5) 44.7 N 4332daN 2. h 2 (31.7 44.7 ) + + × × = = = × +∑ Khả năng chịu kéo của bulông: [N]tb = Abn.ftb = 2.45x4000 = 9800daN Điều kiện: [N]tb= 9800daN > Nbmax= 4332daN (Thỏa mãn) - Lực cắt tác dụng lên một bu lông: vb 1114 N 139daN 8 = = Khả năng chịu cắt một bu lông: vb[N] 3.14 0.9 3200 9043daN= × × = Điều kiện: : [N]vb= 9043daN > 139daN (Thỏa mãn) b). Tính đường hàn liên kết mặt bích với xà Tra bảng 43 TCXDVN338:2005 có chiều cao nhỏ nhất của đường hàn tự động là 6 mm khi chiều dày lớn nhất (bản bích) là 20 mm. Chiều cao lớn nhất đường hàn cánh cột với bản bích là : 1.2tmin = 1.2tf = 1.2x1.6 = 19.2mm chọn 8 mm Chiều cao lớn nhất đường hàn bụng cột với bản bích: 1.2tmin = 1.2tw= 1.2x10 = 12mm chọn 8 mm 2 wA 2 0.7 0.8 (29 27) 2 0.7 0.8 40 107.52cm= × × × + + × × × =
70. 70. Đồ án kết cấu thép 2 - 69 3 2 2 4 w 0.8 40 I 2 0.7 (29 0.8 23 27 0.8 20 ) 35252.3cm 12 × = × × × × + × × + = 3w w c I 2 35251.3 2 W 1512.9cm h 2 0.8 46.6 × × = = = + × Cặp nội lực tại vị trí liên kết cột với xà: M = 7278daN.m; N = 2284daN; V = 406daN τ 2 2 2 2 2 hl w w w 2 2 M N V 7278 10 2284 406 ( ) ( ) ( ) ( ) W A A 1512.9 107.52 107.52 459.8daN / cm 1800daN / cm × = + + = + + = < Đường hàn đủ khả năng chịu lực. 7. Thiết kế cột sườn tường, và cửa trời 7.1. Cột sườn tường Lấy sơ đồ tính với cột là khớp với móng, có một điểm tựa vào dàn gió. Chọn tiết diện cột sườn tường là thép tổ hợp tiết diện chữ I có: h = 350 mm, bf = 180 mm; tf = 10 mm; tw = 8 mm Đặc trưng hình học Wx = 731,6 cm3 ; A = 62,4 cm2 ; rx = 14,32 cm; ry = 3,95 cm; Chiều dài tính toán cột sườn tường: lx = 1300 cm; ly = 240 cm (cách 2 xà gồ tường thì lắp thanh chống xà gồ); Hình 7.1. Sơ đồ tính toán cột sườn tường - Độ mảnh cột sườn tường: λ x x x l 1300 90.76 r 14.32 = = = ; λ y y y l 240 60.77 r 3.95 = = = Độ mảnh giới hạn của cột: theo bảng 25 TCXDVN 338:2005:
71. 71. Đồ án kết cấu thép 2 - 70 [ λ ] = 120 Max (λx; λy) = λx = 90.76 ⇒ Max (λx; λy) < [ λ ] (Thoả mãn) - Độ mảnh quy ước của cột: E f xx .λλ = ⇒ λx 6 2100 90.76 2.87 2.1 10 = = × E f yy .λλ = ⇒ λy 6 2100 60.77 1.92 2.1 10 = × = × Tải trọng gió tính toán tác dụng lên cột sườn tường phân bố đều theo chiều cao cột: = = × × × × =0 e L W W .k.c .n. 125 1.05 0.8 1.2 4 604.8daN / m 6 Trong đó: L/6 là diện đón gió của cột sườn tường. Trọng lượng bản thân tường tôn (tôn, xà gồ tường, giằng) : 15daN/m2 . Tải trọng phân bố theo chiều cao cột : 15x L/6= 15x 4= 60daN/m Kiểm tra tiết diện cột sườn tường như cấu kiện chịu nén lệch tâm. Sau khi phân tích nội lực ta có nội lực nguy hiểm nhất tại tiết diện giữa cột: M = 12776daNm; N = - 818daN; V = 0 daN Độ lệch tâm tương đối: 2 x e M A 12776 10 62.4 m 133.22 N W 818 731.59 × = = × = × = ρ Độ lệch tâm tính đổi: em m= η → em m 20> > - Kiểm tra điều kiện ổn định trong mặt phẳng : Do m > 20 nên chỉ cần kiểm tra điều kiện bền theo các công thức: c n X N M f. A W σ = ± ≤ γ 2 2 c 818 12776 10 1759.45 f 2100(daN / cm ) 62.4 731.59 × σ = + = < γ = (Thoả mãn) 2 2 c 818 12776 10 1733.23 f 2100(daN / cm ) 62.4 731.59 × σ = − = − ⇒ σ < γ = (Thoả mãn) - Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung: γ φ c y N f c. .A ≤ Trong đó: hệ số c kể đến ảnh hưởng của mô men uốn Mx và hình dáng tiết diện đến ổn định của cột theo phương vuông góc với mặt phẳng uốn (phương ngoài mặt phẳng uốn). c phụ thuộc vào mx = 133.22 >10 nên hệ số: φ φ y x b 1 c 1 m = +
72. 72. Đồ án kết cấu thép 2 - 71 Hệ số uốn dọc ϕy đối với trục y-y của tiết diện được xác định bằng tra bảng D.8, TCXDVN 338:2005 tương ứng với λy 60.77= : ϕy = 0.818 Tính ϕb theo phụ lục E, TCXDVN 338:2005 (phụ thuộc hệ số α và hệ số ψ như trong dầm có cánh chịu nén với từ hai điểm cố kết trở lên): Tính hệ số: α 2 3 o f w 3 fk f f f l .t a.t 8. . 1 h .b b .t ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ = +⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ; Trong đó: lo = 2.4 m ; hfk – khoảng cách trọng tâm hai bản cánh: hfk = 34 cm; a =0.5hfk = 17 cm; α 2 3 3 240 2 17 0.8 8 1 1.83 34 18 18 1 ⎛ ⎞× ×⎛ ⎞ = × × + =⎜ ⎟⎜ ⎟× ×⎝ ⎠ ⎝ ⎠ Do 0.1<α <40, tra bảng E.1 (TCXDVN 338:2005) có: ψ ψ α11.14 1.14 (2.25 0.07 ) 1.14 (2.25 0.07 1.83) 2.71= = × + = × + × = Tính hệ số φ ψ 2 2 6 y 1 x 0 I h E 973.41 35 2.1 10 . . 2.71 4.38 0.85 I l f 12802.8 240 2100 ⎛ ⎞ ×⎛ ⎞ = = × × × = >⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠ φ φb 10.68 0.21 0.68 0.21 4.38 1.6 1→ = + = + × = > Vậy: ϕb =1 Do đó: 1 c 0.0091 0.818 1 133.22 1 = = + × ; γ φ 2 c y N 818 1762.36 f 2100(daN / cm ) c. .A 0.0091 0.818 62.4 = = < = × × (Thoả mãn) - Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh cột sườn tường: 0f 0 f b b [ ] t t ≤ ; f w 0f b t 18 0.8 b 8.6 2 2 − − = = = ; 0f f b 8.6 8.6 t 1 = = Tra bảng 35 TCXDVN 338: 2005 được độ mảnh giới hạn của phần bản cánh nhô ra của cột (độ mảnh quy ước λ tính theo ),max(max yx λλλ = ; λ = max (2.87; 1.92) = 2.87 ( )0f f b E 0.36 0.10 t f ⎡ ⎤ = + λ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ = ( ) 6 2.1 10 0.36 0.10 2.87 20.18 2100 × + × = 0f f b 8.6 t = 0f f b t ⎡ ⎤ ≤ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ = 20.18 (Thoả mãn)